手持式產(chǎn)品RF電路及其音頻電路的PCB設計技巧
作者：
時(shí)間：2013-06-14
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
收藏
英飛凌汽車(chē)電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車(chē)電子
技術(shù)方案與實(shí)用技巧
1、元件布局
先述布局總原則：元器件應盡可能同一方向排列，通過(guò)選擇PCB進(jìn)入熔錫系統的方向來(lái)減少甚至避免焊接不良的現象；由實(shí)踐所知，元器件間最少要有0.5mm的間距才能滿(mǎn)足元器件的熔錫要求，若PCB板的空間允許，元器件的間距應盡可能寬。對于雙面板一般應設計一面為SMD及SMC元件，另一面則為分立元件。
*把PCB劃分成數字區和模擬區
任何PCB設計的第一步當然是選擇每個(gè)元件的PCB擺放位。我們把這一步稱(chēng)為“布板考慮“。仔細的元件布局可以減少信號互連、地線(xiàn)分割、噪音耦合以及占用電路板的面積。
電磁兼容性要求每個(gè)電路模塊盡量不產(chǎn)生電磁輻射，并且具有一定的抗電磁干擾能力，因此，元器件的布局還直接影響到電路本身的干擾及抗干擾能力，這也直接關(guān)系到所設計電路的性能。
因此，在進(jìn)行RF電路PCB設計時(shí)除了要考慮普通PCB設計時(shí)的布局外，主要還須考慮如何減小RF電路中各部分之間相互干擾、如何減小電路本身對其它電路的干擾以及電路本身的抗干擾能力。
由經(jīng)驗實(shí)所知，對于RF電路效果的好壞不僅取決于RF電路板本身的性能指標，很大部分還取決于與CPU處理板間的相互影響。由于RF電路包含數字電路和模擬電路，為了防止數字噪聲對敏感的模擬電路的干擾，必須將二者分隔開(kāi)，把PCB劃分成數字區和模擬區有助于改善此類(lèi)電路布局，顯得尤為重要。
*需要防止RF噪聲耦合到音頻電路
雖然手持式產(chǎn)品的RF部分通常被當作模擬電路處理，許多設計中需要關(guān)注的一個(gè)共同問(wèn)題是RF噪聲，需要防止RF噪聲耦合到音頻電路，因RF噪聲經(jīng)過(guò)解調后產(chǎn)生可聞噪音。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要把RF電路和音頻電路盡可能分隔開(kāi)。在將PCB劃分成模擬、數字后，需要考慮模擬部分的元件布置。元件布局要使音頻信號的路徑最短，音頻放大器要盡可能靠近耳機插孔和揚聲器放置，使D類(lèi)音頻放大器的EMI輻射最小，耳機信號的耦合噪音最小。模擬音頻信號源須盡可能靠近音頻放大器的輸入端，使輸入耦合噪聲最小。所有輸入引線(xiàn)對RF信號來(lái)說(shuō)都是一個(gè)天線(xiàn)，縮短引線(xiàn)長(cháng)度有助于降低相應頻段的天線(xiàn)輻射效應。
2、元件布置應注意的問(wèn)題與應用舉例
2.1 布局中應注意的問(wèn)題：
* 認真分析電路結構。對電路進(jìn)行分塊處理（如高頻放大電路、混頻電路及解調電路等），盡可能將強電信號和弱電信號分開(kāi)，在將數字信號電路和模擬信號電路分開(kāi)后，也應注意將完成同一功能的電路應盡量安排在一定的范圍之內，從而減小信號環(huán)路面積；各部分電路的濾波網(wǎng)絡(luò )必須就近連接，這樣不僅可以減小輻射，而且可以減少被干擾的幾率及提高電路的抗干擾能力。
* 根據單元電路在使用中對電磁兼容性敏感程度不同進(jìn)行分組。對于電路中易受干擾部分的元器件在布局時(shí)還應盡量避開(kāi)干擾源（比如來(lái)自數據處理板上CPU的干擾等）。
2.2 元件布置對音頻信號影響的舉例
* 不合理的元件布局對音頻信品質(zhì)影響
圖1給出一個(gè)不合理的音頻元件布局，比較嚴重的問(wèn)題有二：其一是音頻放大器離音頻信號源太遠，由于引線(xiàn)從嘈雜的數字電路和開(kāi)關(guān)電路附近穿過(guò)，從而增加了噪音耦合的幾率。較長(cháng)的引線(xiàn)也增強了RF天線(xiàn)效應。 如手機電話(huà)采用GSM技術(shù)，這些天線(xiàn)能夠拾取GSM發(fā)射信號，并將其饋入音頻放大器。幾乎所有放大器都能一定程度上解調217Hz包絡(luò )，在輸出端產(chǎn)生噪音。糟糕時(shí)，噪音可能會(huì )將音頻信號完全淹沒(méi)掉，縮短輸入引線(xiàn)的長(cháng)度能夠有效降低耦合到音頻放大器的噪聲.其二音頻是放大器放距離揚聲器和耳機插座太遠。如果音頻放大器采用的是D類(lèi)放大器，較長(cháng)的耳機引線(xiàn)會(huì )增大該放大器的EMI輻射。這種輻射有可能導致設備無(wú)法通過(guò)當地政府制定的測試標準。較長(cháng)的耳機和麥克風(fēng)引線(xiàn)還會(huì )增大引線(xiàn)阻抗，降低負載能夠獲取的功率。最后，因為元件布置得如此分散，元件之間的連線(xiàn)將不得不穿過(guò)其它子系統。這不僅會(huì )增加音頻部分的布線(xiàn)難度，也增大了其它子系統的布線(xiàn)難度。
|
圖1不合理的元件布局示意對音頻信品質(zhì)影響 |
* 合理的元件布局對音頻信號品質(zhì)改善
圖2給出了圖1相同元件的排列，重新排列的元件能夠更有效地利用空間，縮短引線(xiàn)長(cháng)度。注意，所有音頻電路分配在耳機插孔和揚聲器附近，音頻輸入、輸出引線(xiàn)比上述方案短得多，PCB的其它區域沒(méi)有放置音頻電路。這樣的設計能夠全面降低系統噪音，減小RF干擾，并且布線(xiàn)簡(jiǎn)單。
|
圖2. 合理的元件布局示意對音頻信號品質(zhì)改善 |
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)
模擬信號相關(guān)文章:什么是模擬信號
電路相關(guān)文章:電路分析基礎
評論