RF電路及其音頻電路的PCB設計技巧

　　3 、布線(xiàn)原則與技巧

　　在基本完成元器件的布局后，就可開(kāi)始布線(xiàn)了。

　　3.1 布線(xiàn)的基本原則

　　在組裝密度許可情況下后，盡量選用低密度布線(xiàn)設計，并且信號走線(xiàn)盡量粗細一致，有利于阻抗匹配。

　　對于RF電路，信號線(xiàn)的走向、寬度、線(xiàn)間距的不合理設計，可能造成信號信號傳輸線(xiàn)之間的交叉干擾。而信號通路對音頻輸出噪音和失真的影響非常有限，也就是說(shuō)為了保證性能需要提供的折中措施很有限。音頻放大器通常由電池直接供電，需要相當大的電流。如果使用長(cháng)而細的電源引線(xiàn)，會(huì )增大電源紋波。與短而寬的引線(xiàn)相比，又長(cháng)又細的引線(xiàn)阻抗較大，引線(xiàn)阻抗產(chǎn)生的電流變化會(huì )轉變成電壓變化，饋送到器件內部。為了優(yōu)化性能，放大器電源應使用盡可能短的引線(xiàn)。應該盡可能使用差分信號。差分輸入具有較高的噪聲抑制，使得差分接收器能夠抑制正、負信號線(xiàn)上的共模噪聲。為充分利用差分放大器的優(yōu)勢，布線(xiàn)時(shí)保持相同的差分信號線(xiàn)對的長(cháng)度非常重要，使其具有相同的阻抗，二者盡可能相互靠近使其耦合噪聲相同。放大器的差分輸入對抑制來(lái)自系統數字電路的噪聲非常有效。另外，系統電源自身還存在噪聲干擾，所以在設計RF電路PCB時(shí)一定要綜合考慮，合理布線(xiàn)。

　　3.2 布線(xiàn)技巧

　　布線(xiàn)時(shí)，所有走線(xiàn)應遠離PCB板的邊框（2mm左右），以免PCB板制作時(shí)造成斷線(xiàn)或有斷線(xiàn)的隱患。電源線(xiàn)要盡中能寬，以減少環(huán)路電阻，同時(shí)，使電源線(xiàn)、地線(xiàn)的走向和數據傳遞的方向一致，以提高抗干擾能力；所布信號線(xiàn)應盡可能短，并盡量減少過(guò)孔數目；各元器件間的連線(xiàn)越短越好，以減少分布參數和相互間的電磁干擾；對于不相容的信號線(xiàn)應量相互遠離，而且盡量避免平行走線(xiàn)，而在正向兩面的信號線(xiàn)應用互垂直；布線(xiàn)時(shí)在需要拐角的地址方應以135°角為宜，避免拐直角。

　　4、接地

　　在射頻電路PCB設計中，電源線(xiàn)和地線(xiàn)的正確布線(xiàn)顯得尤其重要，合理的設計是克服電磁干擾的最重要的手段。PCB上相當多的干擾源是通過(guò)電源和地線(xiàn)產(chǎn)生的，其中地線(xiàn)引起的噪聲干擾最大。地線(xiàn)容易形成電磁干擾的主要原因于地線(xiàn)存在阻抗。當有電流流過(guò)地線(xiàn)時(shí)，就會(huì )在地線(xiàn)上產(chǎn)生電壓，從而產(chǎn)生地線(xiàn)環(huán)路電流，形成地線(xiàn)的環(huán)路干擾。當多個(gè)電路共用一段地線(xiàn)時(shí)，就會(huì )形成公共阻抗耦合，從而產(chǎn)生所謂的地線(xiàn)噪聲。因此，在對RF電路PCB的地線(xiàn)進(jìn)行布線(xiàn)時(shí)應該做到：

　　*對電路進(jìn)行分塊處理，射頻電路基本上可分成高頻放大、混頻、解調、本振等部分，要為各個(gè)電路模塊提供一個(gè)公共電位參考點(diǎn)即各模塊電路各自的地線(xiàn)，這樣信號就可以在不同的電路模塊之間傳輸。然后，匯總于射頻電路PCB接入地線(xiàn)的地方，即匯總于總地線(xiàn)。由于只存在一個(gè)參考點(diǎn)，因此沒(méi)有公共阻抗耦合存在，從而也就沒(méi)有相互干擾問(wèn)題。

　　*數字區與模擬區盡可能地線(xiàn)進(jìn)行隔離，并且數字地與模擬地要分離，最后接于電源地。

　　*在空間允許的情況下，各模塊之間最好能以地線(xiàn)進(jìn)行隔離，防止相互之間的信號耦合效應。

　　對于音頻電路,接地對于是否能夠達到音頻系統的性能要求至關(guān)重要。任何系統中接地有兩個(gè)重要考慮：首先它是流過(guò)器件的電流返回路徑，其次是數字和模擬電路的參考電位。這里給出了適用于所有系統的技巧：

　　*為數字電路建立一個(gè)連續的地平面。地層的數字電流通過(guò)信號路徑返回，該環(huán)路的面積應保持最小，以降低天線(xiàn)效應和寄生電感。確保所有數字信號引線(xiàn)具有對應的接地通路，這一層應該與數字信號引線(xiàn)覆蓋相同的面積，具有盡可能少的斷點(diǎn)。地層的斷點(diǎn)，包括過(guò)孔，會(huì )使地電流流過(guò)更大的環(huán)路，因而產(chǎn)生更大的輻射和噪聲。

　　*保證地電流隔離。數字電路和模擬電路的地電流要保持隔離，以阻止數字電流對模擬電路的干擾。為了達到這一目標，需要正確排列元件。如果把模擬電路布置在PCB的一個(gè)區域，把數字電路布置在另一區域，地電流會(huì )自然隔離開(kāi)。最好使模擬電路具有獨立的PCB分層。

　　*模擬電路采用星形接地。星形接地是將PCB的一點(diǎn)看作公共接地點(diǎn)，而且只有這一點(diǎn)被當作地電位，蜂窩電話(huà)中，電池地端通常被作為星形接地點(diǎn)，流入地平面的電流不會(huì )自動(dòng)消失，所有地電流都將匯入到這個(gè)接地點(diǎn)。音頻放大器吸收相當大的電流，這會(huì )影響電路本身的參考地和其它系統的參考地。為了解決這一問(wèn)題，最好提供一個(gè)專(zhuān)用的返回回路橋接放大器的功率地和耳機插孔的地回路。注意，這些專(zhuān)用的回路不要穿越數字信號線(xiàn)，因為它們會(huì )阻礙數字返回電流。

　　*最大化旁路電容作用。幾乎所有器件都需要一個(gè)旁路電容，以提供電源不能提供的瞬態(tài)電流。這些電容需盡可能靠近電源引腳放置，以減少電容和器件引腳之間的寄生電感，電感會(huì )降低旁路電容的作用。

　　接地分布的電路板實(shí)例

　　以用于*估超低EMI、1.5W、無(wú)濾波D類(lèi)音頻功率放大器和80mW DirectDriv耳機放大器MAX9776*估板為例作說(shuō)明。

　　圖3是一個(gè)具有較好接地分布的電路板實(shí)例(即絲印層和地層舉例),圖3（a）為應元件布局A(正)面，圖3（b）為應元件布局B(背).首先需要注意PCB底部為數字區域，頂部為模擬區域。穿越區域邊界的唯一信號線(xiàn)是I2C控制信號，這些信號線(xiàn)有一個(gè)直接的返回路徑，確保數字信號只存在于數字區域，沒(méi)有地層分割導致的數字地電流。還要注意大部分地平面是連續的，即使數字區域有一些中斷，但彼此之間的距離足夠遠，保證了電流通道的順暢。在這個(gè)例子中，星形接地點(diǎn)在PCB頂層的左上角。模擬地層的斷點(diǎn)確保D類(lèi)放大器和電荷泵的電流直接返回星形接地點(diǎn)，不會(huì )干擾其它模擬層。另外，還需注意耳機插孔有一條引線(xiàn)直接將耳機地電流返回到星形接地點(diǎn)。

　　5、結論

　　以上設計良好的PCB是一件耗時(shí)，同時(shí)也是極具挑戰性的工作，但這種投入也的確是值得的。好的PCB布局有助于降低系統噪音，提高RF信號的抑制能力，減小信號失真。好的PCB設計還會(huì )改善EMI性能，有可能需要更少的屏蔽。如果PCB不合理，會(huì )在測試階段出現本來(lái)可以避免的問(wèn)題。這時(shí)在采取措施的話(huà)，可能為時(shí)已晚，很難解決所面臨的問(wèn)題，需要投入更多的時(shí)間、花費更大的精力，有時(shí)還要添加額外的元件，增加系統成本和復雜性。

　　如今PCB的技術(shù)主要按電子產(chǎn)品的特性及要求而改變，在近年來(lái)電子產(chǎn)品日趨多功能、精巧并符合環(huán)保條例。故此，PCB的精密度日高，其軟硬板結合應用也將增加。