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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:
緩沖器

緩沖器可以用來提高隔離效果,因為它可把同一個信號分為兩個部份,并用于驅動不同的電路。尤其是本地振蕩器可能需要緩沖器來驅動多個混頻器。當混頻器在RF頻率處到達共模隔離(common mode isolation)狀態時,它將無法正常工作。緩沖器可以很好地隔離不同頻率處的阻抗變化,從而電路之間不會相互干擾。

緩沖器對設計的幫助很大,它們可以緊跟在需要被驅動電路的后面,從而使高功率輸出走線非常短,由于緩沖器的輸入信號電平比較低,因此它們不易對板上的其它電路造成干擾。

壓控振蕩器

壓控振蕩器(VCO)可將變化的電壓轉換為變化的頻率,這一特性被用于高速頻道切換,但它們同樣也將控制電壓上的微量噪音轉換為微小的頻率變化,而這就給RF信號增加了噪音。總之,在壓控振蕩器處理過以后,再也沒有辦法從RF輸出信號中將噪音去掉。困難在于VCO控制線(control line)的期望頻寬范圍可能從DC到2MHz,而藉由濾波器來去掉這么寬的頻帶噪音幾乎是不可能的;其次,VCO控制線通常是一個控制頻率的反饋回路的一部份,它在很多地方都有可能引入噪音,因此必須非常小心處理VCO控制線。

諧振電路

諧振電路(tank circuit)用于發射機和接收機,它與VCO有關,但也有它自己的特點。簡單地說,諧振電路是由一連串具有電感電容的二極管并連而成的諧振電路,它有助于設定VCO工作頻率和將語音或數據調變到RF載波上。

所有VCO的設計原則同樣適用于諧振電路。由于諧振電路含有數量相當多的零組件、占據面積大、通常運行在一個很高的RF頻率下,因此諧振電路通常對噪音非常敏感。信號通常排列在芯片的相鄰接腳上,但這些信號接腳又需要與較大的電感和電容配合才能工作,這反而需要將這些電感和電容的位置盡量靠近信號接腳,并連回到一個對噪音很敏感的控制環路上,但是又要盡量避免噪音的干擾。要做到這點是不容易的。

自動增益控制放大器

自動增益控制(AGC)放大器同樣是一個容易出問題的地方,不管是發射還是接收電路都會有AGC放大器。AGC放大器通常能有效地濾掉噪音,不過由于行動電話具備處理發射和接收信號強度快速變化的能力,因此要求AGC電路有一個相當大的頻寬,這就使AGC放大器很容易引入噪音。

設計AGC線路必須遵守模擬電路的設計原則,亦即使用很短的輸入接腳和很短的反饋路徑,而且這兩處都必須遠離RF、IF或高速數字信號線路。同樣,良好的接地也必不可少,而且芯片的電源必須得到良好的去耦。如果必須在輸入或輸出端設計一條長的走線,那么最好是選擇在輸出端實現它,因為,通常輸出端的阻抗要比輸入端低得多,而且也不容易引入噪音。通常信號電平越高,就越容易將噪音引入到其它電路中。

接地

要確保RF走線下層的接地是實心的,而且所有的零組件都要牢固地連接到主接地上,并與其它可能帶來噪音的走線隔離開來。此外,要確保VCO的電源已得到充分去耦,由于VCO的RF輸出往往是一個相當高的電平,VCO輸出信號很容易干擾其它電路,因此必須對VCO加以特別注意。事實上,VCO往往放在RF區域的末端,有時它還需要一個金屬屏蔽罩。

在所有PCB設計中,盡可能將數字電路遠離模擬電路是一個大原則,它同樣也適用于RF PCB設計。公共模擬接地和用于屏蔽和隔開信號線的接地通常是同等重要的。同樣應使RF線路遠離模擬線路和一些很關鍵的數字信號,所有的RF走線、焊盤和組件周圍應盡可能是接地銅皮,并盡可能與主接地相連。微型過孔(microvia)構造板在RF線路開發階段很有用,它毋須花費任何開銷就可隨意使用很多過孔,否則在普通PCB板上鉆孔將會增加開發成本,這在大批量產時是不經濟的。

將一個實心的整塊接地面直接放在表面下第一層時,隔離效果最好。將接地面分成幾塊來隔離模擬、數字和RF線路時,其效果并不好,因為最終總是有一些高速信號線要穿過這些分開的接地面,這不是很好的設計。

還有許多與信號和控制線相關的課題需要特別注意,但它們超出了本文探討的范圍。

結語

不論RF PCB設計是不是一門「黑色藝術」,遵守一些基本的RF設計規則和參考一些優異的設計實例將有助于完成RF設計工作。成功的RF設計必須仔細注意整個設計過程中每個步驟及每個細節,這意味著必須在設計開始階段就要進行徹底的、仔細的規劃,并對每個設計步驟的進展進行全面持續的*估。而這種細致的設計技巧正是國內大多數電子企業文化所欠缺的。

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