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射頻電路板設計技巧

2013-11-27 來源:微波射頻網 字號:
電源去耦電路

此外,恰當而有效的芯片電源去耦(decouple)電路也非常重要。許多整合了線性線路的RF芯片對電源的噪音非常敏感,通常每個芯片都需要采用高達四個電容和一個隔離電感來濾除全部的電源噪音。(圖一)

芯片電源去耦電路

圖一 芯片電源去耦電路

最小電容值通常取決于電容本身的諧振頻率和接腳電感,C4的值就是據此選擇的。C3和C2的值由于其自身接腳電感的關系而相對比較大,從而RF去耦效果要差一些,不過它們較適合于濾除較低頻率的噪音信號。RF去耦則是由電感L1完成的,它使RF信號無法從電源線耦合到芯片中。因為所有的走線都是一條潛在的既可接收也可發射RF信號的天線,所以,將射頻信號與關鍵線路、零組件隔離是必須的。

這些去耦組件的實體位置通常也很關鍵。這幾個重要組件的布局原則是:C4要盡可能靠近IC接腳并接地,C3必須最靠近C4,C2必須最靠近C3,而且IC接腳與C4的連接走線要盡可能短,這幾個組件的接地端(尤其是C4)通常應當藉由板面下第一個接地層與芯片的接地腳相連。將組件與接地層相連的過孔應該盡可能靠近PCB板上的組件焊盤,最好是使用打在焊盤上的盲孔將連接線電感減到最小,電感L1應該靠近C1。

一個集成電路或放大器常常具有一個開集極(open collector)輸出,因此需要一個上拉電感(pullup inductor)來提供一個高阻抗RF負載和一個低阻抗直流電源,同樣的原則也適用于對這一電感的電源端進行去耦。有些芯片需要多個電源才能工作,因此可能需要兩到三套電容和電感來分別對它們進行去耦處理,如果該芯片周圍沒有足夠的空間,那么去耦效果可能不佳。

尤其需要特別注意的是:電感極少平行靠在一起,因為這將形成一個空芯變壓器,并相互感應產生干擾信號,因此它們之間的距離至少要相當于其中之一的高度,或者成直角排列以使其互感減到最小。

電氣分區

電氣分區原則上與實體分區相同,但還包含一些其它因素。現代行動電話的某些部份采用不同工作電壓,并借助軟件對其進行控制,以延長電池工作壽命。這意味著行動電話需要運行多種電源,而這產生更多的隔離問題。電源通常由連接線(connector)引入,并立即進行去耦處理以濾除任何來自電路板外部的噪音,然后經過一組開關或穩壓器,之后,進行電源分配。

在行動電話里,大多數電路的直流電流都相當小,因此走線寬度通常不是問題,不過,必須為高功率放大器的電源單獨設計出一條盡可能寬的大電流線路,以使發射時的壓降(voltage drop)能減到最低。為了避免太多電流損耗,需要利用多個過孔將電流從某一層傳遞到另一層。此外,如果不能在高功率放大器的電源接腳端對它進行充分的去耦,那么高功率噪音將會輻射到整塊電路板上,并帶來各種各樣的問題。高功率放大器的接地相當重要,并經常需要為其設計一個金屬屏蔽罩。

RF輸出必須遠離RF輸入

在大多數情況下,必須做到RF輸出遠離RF輸入。這原則也適用于放大器、緩沖器和濾波器。在最壞的情況下,如果放大器和緩沖器的輸出以適當的相位和振幅反饋到它們的輸入端,那么它們就有可能產生自激振蕩。它們可能會變得不穩定,并將噪音和互調相乘信號(intermodulation products)添加到RF信號上。

如果射頻信號線從濾波器的輸入端繞回輸出端,這可能會嚴重損害濾波器的帶通特性。為了使輸入和輸出得到良好的隔離,首先在濾波器周圍必須是一塊主接地面積,其次濾波器下層區域也必須是一塊接地面積,并且此接地面積必須與圍繞濾波器的主接地連接起來。把需要穿過濾波器的信號線盡可能遠離濾波器接腳也是個好方法。此外,整塊電路板上各個地方的接地都要十分小心,否則可能會在不知不覺中引入一條不希望發生的耦合信道。(圖二)詳細說明了這一接地辦法。

有時可以選擇走單端(single-ended)或平衡的RF信號線(balanced RF traces),有關串音(crosstalk)和EMC/EMI的原則在這里同樣適用。平衡RF信號線如果走線正確的話,可以減少噪音和串音,但是它們的阻抗通常比較高。而且為了得到一個阻抗匹配的信號源、走線和負載,需要保持一個合理的線寬,這在實際布線時可能會有困難。

濾波器四周被接地面(綠色區域)包圍

圖二 濾波器四周被接地面(綠色區域)包圍

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