射頻電路PCB的設計技巧

摘要：針對多層線(xiàn)路板中射頻電路板的布局和布線(xiàn)，根據本人在射頻電路PCB設計中的經(jīng)驗積累，總結了一些布局布線(xiàn)的設計技巧。并就這些技巧向行業(yè)里的同行和前輩咨詢(xún)，同時(shí)查閱相關(guān)資料，得到認可，是該行業(yè)里的普遍做法。多次在射頻電路的PCB設計中采用這些技巧，在后期PCB的硬件調試中得到證實(shí)，對減少射頻電路中的干擾有很不錯的效果，是較優(yōu)的方案。
關(guān)鍵詞：射頻電路；PCB；布局；布線(xiàn)

由于射頻(RF)電路為分布參數電路，在電路的實(shí)際工作中容易產(chǎn)生趨膚效應和耦合效應，所以在實(shí)際的PCB設計中，會(huì )發(fā)現電路中的干擾輻射難以控制，如：數字電路和模擬電路之間相互干擾、供電電源的噪聲干擾、地線(xiàn)不合理帶來(lái)的干擾等問(wèn)題。正因為如此，如何在PCB的設計過(guò)程中，權衡利弊尋求一個(gè)合適的折中點(diǎn)，盡可能地減少這些干擾，甚至能夠避免部分電路的干涉，是射頻電路PCB設計成敗的關(guān)鍵。文中從PCB的LAYOUT角度，提供了一些處理的技巧，對提高射頻電路的抗干擾能力有較大的用處。

1 RF布局
這里討論的主要是多層板的元器件位置布局。元器件位置布局的關(guān)鍵是固定位于RF路徑上的元器件，通過(guò)調整其方向，使RF路徑的長(cháng)度最小，并使輸入遠離輸出，盡可能遠地分離高功率電路和低功率電路，敏感的模擬信號遠離高速數字信號和RF信號。
在布局中常采用以下一些技巧。
1．1 一字形布局
RF主信號的元器件盡可能采用一字形布局，如圖1所示。但是由于PCB板和腔體空間的限制，很多時(shí)候不能布成一字形，這時(shí)候可采用L形，最好不要采用U字形布局(如圖2所示)，有時(shí)候實(shí)在避免不了的情況下，盡可能拉大輸入和輸出之間的距離，至少1．5 cm以上。

另外在采用L形或U字形布局時(shí)，轉折點(diǎn)最好不要剛進(jìn)入接口就轉，如圖3左所示，而是在稍微有段直線(xiàn)以后再轉，如圖3右圖所示。

1．2 相同或對稱(chēng)布局
相同的模塊盡可能做成相同的布局或對稱(chēng)的布局，如圖4、圖5所示。

1．3 十字形布局
偏置電路的饋電電感與RF通道垂直放置，如圖6所示，主要是為了避免感性器件之間的互感。

1．4 45度布局
為合理的利用空間，可以將器件45度方向布局，使射頻線(xiàn)盡可能短，如圖7所示。

2 RF布線(xiàn)
布線(xiàn)的總體要求是：RF信號走線(xiàn)短且直，減少線(xiàn)的突變，少打過(guò)孔，不與其它信號線(xiàn)相交，RF信號線(xiàn)周邊盡量多加地過(guò)孔。
以下是一些常用的優(yōu)化方式：
2．1 漸變線(xiàn)處理
在射頻線(xiàn)寬比IC器件管腳的寬度大比較多的情況下，接觸芯片的線(xiàn)寬采用漸變方式，如圖8所示。
2．2 圓弧線(xiàn)處理
射頻線(xiàn)不能直的情況下，作圓弧線(xiàn)處理，這樣可以減少RF信號對外的輻射和相互問(wèn)的耦合。有實(shí)驗證明，傳輸線(xiàn)的拐角采用變曲的直角，能最大限度的降低回損。如圖9所示。

2．3 地線(xiàn)和電源
地線(xiàn)盡可能粗。在有條件的情況下，PCB的每一層都盡可能的鋪地，并使地連到主地上，多打地過(guò)孔，盡量降低地線(xiàn)阻抗。
RF電路的電源盡量不要采用平面分割，整塊的電源平面不但增加了電源平面對RF信號的輻射，而且也容易被RF信號的干擾。所以電源線(xiàn)或平面一般采用長(cháng)條形狀，根據電流的大小進(jìn)行處理，在滿(mǎn)足電流能力的前提下盡可能粗，但是又不能無(wú)限制的增寬。在處理電源線(xiàn)的時(shí)候，一定要避免形成環(huán)路。
電源線(xiàn)和地線(xiàn)的方向要與RF信號的方向保持平行但不能重疊，在有交叉的地方最好采用垂直十字交叉的方式。
2．4 十字交叉處理
RF信號與IF信號走線(xiàn)十字交叉，并盡可能在他們之間隔一塊地。
RF信號與其他信號走線(xiàn)交叉時(shí)，盡量在它們之間沿著(zhù)RF走線(xiàn)布置一層與主地相連的地。如果不可能，一定要保證它們是十字交叉的。這里的其他信號走線(xiàn)也包括電源線(xiàn)。
2．5 包地處理
對射頻信號、干擾源、敏感信號及其他重要信號進(jìn)行包地處理，這樣既可以提高該信號的抗干擾能力，也可以減少該信號對其他信號的干擾。如圖10所示。

2．6 銅箔處理
銅箔處理要求圓滑平整，不允許有長(cháng)線(xiàn)或尖角，若不能避免，則在尖角、細長(cháng)銅箔或銅箔的邊緣處補幾個(gè)地過(guò)孔。
2．7 間距處理
射頻線(xiàn)離相鄰地平面邊緣至少要有3W的寬度，且3W范圍內不得有非接地過(guò)孔。

同層的射頻線(xiàn)要作包地處理，并在地銅皮上加地過(guò)孔，孔間距應小于信號頻率所對應波長(cháng)(λ)的1／20，均勻排列整齊。包地銅皮邊緣離射頻線(xiàn)2W的寬度或3H的高度，H表示相鄰介質(zhì)層的總厚度。

3 腔體處理
對整個(gè)RF電路，應把不同模塊的射頻單元用腔體隔離，特別是敏感電路和強烈輻射源之間，在大功率的多級放大器中，也應保證級與級之間的隔離。整個(gè)電路支流放置好后，就是對屏蔽腔的處理，屏蔽腔體的處理有以下注意事項：
整個(gè)屏蔽腔體盡量做成規則形狀，便于鑄模。對于每一個(gè)屏蔽腔盡量做成長(cháng)方形，避免正方形的屏蔽腔。
屏蔽腔的轉角采用弧形，屏蔽金屬腔體一般采用鑄造成型，弧形的拐角便于鑄造成型時(shí)候拔模。如圖12所示。

屏蔽腔體的周邊是密封的，接口的線(xiàn)引入腔體一般采用帶狀線(xiàn)或微帶線(xiàn)，而腔體內部不同模塊采用微帶線(xiàn)，不同腔體相連處采用開(kāi)槽處理，開(kāi)槽的寬度為3 mm，微帶線(xiàn)走在正中間。
腔體的拐角放置3 mm的金屬化孔，用來(lái)固定屏蔽殼，在每支長(cháng)的腔體上也要均勻放置同等的金屬化孔，用來(lái)加固支撐作用。
腔體一般做開(kāi)窗處理，便于焊接屏蔽殼，腔體上一般厚2 mm以上，腔體上加2排開(kāi)窗過(guò)孔屏，過(guò)孔相互錯開(kāi)，同一排過(guò)孔之間間距150 MIL。

4 結束語(yǔ)
射頻電路PCB設計成敗的關(guān)鍵在于如何減少電路輻射，從而提高抗干擾能力，但是在實(shí)際的布局與布線(xiàn)中一些問(wèn)題的處理是相沖突的，因此如何尋求一個(gè)折中點(diǎn)，使整個(gè)射頻電路的綜合性能達到最優(yōu)，是設計者必須要考慮的問(wèn)題。所有這些都要求設計者具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗和工程設計能力，但是要具備這些能力，每一個(gè)設計者都不可能一蹴而就的，只有從其他人那里借鑒經(jīng)驗，加上自己的不停摸索和思考，才能不斷進(jìn)步。本文總結工作中的一些設計經(jīng)驗，有利于提高射頻電路PCB的抗干擾能力，幫助射頻電路設計初學(xué)者少走不必要的彎路。