RF电路板分区设计有关问题二
最小电容值通常取决于其自谐振频率和低引脚电感,C4值就是据此选择。C3和C2值由于其自身引脚电感关系而相对较大一些,从而RF去耦效果要差一些,不过它们较适合于滤除较低频率噪声信号。电感L1使RF信号无法从电源线耦合到芯片中。记住:所有走线都是一条潜在既可接收也可发射RF信号天线,另外将感应射频信号与关键线路隔离开也很必要。
这些去耦元件物理位置通常也很关键。这几个重要元件布局原则是:C4要尽可能靠近IC引脚并接地,C3必须最靠近C4,C2必须最靠近C3,而且IC引脚与C4连接走线要尽可能短,这几个元件接地端(尤其是C4)通常应当通过下一地层与芯片接地引脚相连。将元件与地层相连过孔应该尽可能靠近PCB板上元件焊盘,最好是使用打在焊盘上盲孔以将连接线电感减到最小,电感应该靠近C1。
一块集成电路或放大器常常带有一个开漏极输出,因此需要一个上拉电感来提供一个高阻抗RF负载和一个低阻抗直流电源,同样原则也适用于对这一电感端电源进行去耦。有些芯片需要多个电源才能工作,因此你可能需要两到三套电容和电感来分别对它们进行去耦处理,如果该芯片周围没有足够空间话,那么可能会遇到一些麻烦。
记住电感极少并行靠在一起,因为这将形成一个空芯变压器并相互感应产生干扰信号,因此它们之间距离至少要相当于其中一个器件高度,或者成直角排列以将其互感减到最小。
电气分区原则大体上与物理分区相同,但还包含一些其它因素。现代蜂窝电话某些部分采用不同工作电压,并借助软件对其进行控制,以延长电池工作寿命。这意味着蜂窝电话需要运行多种电源,而这给隔离带来了更多问题。电源通常从连接器引入,并立即进行去耦处理以滤除任何来自线路板外部噪声,然后再经过一组开关或稳压器之后对其进行分配。
蜂窝电话里大多数电路直流电流都相当小,因此走线宽度通常不是问题,不过,必须为高功率放大器电源单独走一条尽可能宽大电流线,以将传输压降减到最低。为了避免太多电流损耗,需要采用多个过孔来将电流从某一层传递到另一层。此外,如果不能在高功率放大器电源引脚端对它进行充分去耦,那么高功率噪声将会辐射到整块板上,并带来各种各样问题。高功率放大器接地相当关键,并经常需要为其设计一个金属屏蔽罩。
在大多数情况下,同样关键是确保RF输出远离RF输入。这也适用于放大器、缓冲器和滤波器。在最坏情况下,如果放大器和缓冲器输出以适当相位和振幅反馈到它们输入端,那么它们就有可能产生自激振荡。在最好情况下,它们将能在任何温度和电压条件下稳定地工作。实际上,它们可能会变得不稳定,并将噪音和互调信号添加到RF信号上。
如果射频信号线不得不从滤波器输入端绕回输出端,这可能会严重损害滤波器带通特性。为了使输入和输出得到良好隔离,首先必须在滤波器周围布一圈地,其次滤波器下层区域也要布一块地,并与围绕滤波器主地连接起来。把需要穿过滤波器信号线尽可能远离滤波器引脚也是个好方法。此外,整块板上各个地方接地都要十分小心,否则你可能会在不知不觉之中引入一条你不希望发生耦合通道。
有时可以选择走单端或平衡RF信号线,有关交叉干扰和EMC/EMI原则在这里同样适用。平衡RF信号线如果走线正确话,可以减少噪声和交叉干扰,但是它们阻抗通常比较高,而且要保持一个合理线宽以得到一个匹配信号源、走线和负载阻抗,实际布线可能会有一些困难。
缓冲器可以用来提高隔离效果,因为它可把同一个信号分为两个部分,并用于驱动不同电路,特别是本振可能需要缓冲器来驱动多个混频器。当混频器在RF频率处到达共模隔离状态时,它将无法正常工作。缓冲器可以很好地隔离不同频率处阻抗变化,从而电路之间不会相互干扰。
缓冲器对设计帮助很大,它们可以紧跟在需要被驱动电路后面,从而使高功率输出走线非常短,由于缓冲器输入信号电平比较低,因此它们不易对板上其它电路造成干扰。
还有许多非常敏感信号和控制线需要特别注意,但它们超出了本文探讨范围,因此本文仅略作论述,不再进行详细说明。
压控振荡器(VCO)可将变化电压转换为变化频率,这一特性被用于高速频道切换,但它们同样也将控制电压上微量噪声转换为微小频率变化,而这就给RF信号增加了噪声。总来说,在这一级以后你再也没有办法从RF输出信号中将噪声去掉。那么困难在哪里呢?首先,控制线期望频宽范围可能从DC直到2MHz,而通过滤波来去掉这么宽频带噪声几乎是不可能;其次,VCO控制线通常是一个控制频率反馈回路一部分,它在很多地方都有可能引入噪声,因此必须非常小心处理VCO控制线。
要确保RF走线下层地是实心,而且所有元器件都牢固地连到主地上,并与其它可能带来噪声走线隔离开来。此外,要确保VCO电源已得到充分去耦,由于VCORF输出往往是一个相对较高电平,VCO输出信号很容易干扰其它电路,因此必须对VCO加以特别注意。事实上,VCO往往布放在RF区域末端,有时它还需要一个金属屏蔽罩。
电路板