RF无线射频电路设计难点分析

如何将RF与数模电路设计在同一PCB上？

 手持无线通信设备和遥控设备的普及推动着对模拟、数字和RF混合设计需求的显著增长。手持设备、基站、遥控装置、蓝牙设备、计算机无线通信功能、众多消费电器以及军事/航空航天系统现需要采用RF技术。

在这一旧的方法下，RF设计师孤立于PCB系统设计中的其他部分进行RF电路的开发。然后该RF电路再利用ASCII文件翻译到总体PCB设计中，从而在主PCB上创建出原理图和物理实现。如果RF电路存在问题，那么设计必须在独立的RF解决方案中修正，然后再重新翻译进主PCB。
 
RF模拟器只模拟了理想的射频电路。在实际混合系统实现中有许多零碎的地层、地过空和相邻的RF电路，这使得分析变得非常的困难，而且谁都知道这些附加的形状将会对RF电路运作产生长久的影响。
 
这一旧方法多年来已成功地用于混合信号电路板设计，但随着产品中RF电路含量的增加，两个独立设计系统带来的问题已开始影响设计师的生产力、产品上市时间和产品的质量。
 
为了解决这些问题，Mentor Graphics公司已经开发出一种动态链接技术，它可以将PCB原理图和版图工具与RF设计和模拟工具集成在一起，从而产生了一种新的解决方案，它可以克服传统的射频设计的缺点。

RF感知(RF aware)PCB设计

 为保持PCB和RF设计间的设计意图，RF设计工具必须理解PCB布局中面向层(layer-oriented)的结构，而PCB系统也必须理解RF设计环境中使用的参数化平面微波元件。

另一个关键问题是，PCB系统将RF电路的版图构建成短路电路，这妨碍了对设计进行正确的设计规则检验(DRC)。对当今的复杂RF系统设计来说，功能上的RF感知DRC是设计方法学确保设计正确所必须的。
 
所有这些都对保持设计意图有帮助。保持设计意图非常关键，因为它是实现在工具集间设计数据的多次往返而不丢失信息的基础。
 
RF设计是个反复的过程，需要采取很多步骤对设计进行调整和优化。过去，在真实的PCB设计背景下，进行RF设计非常困难。当当在PCB上实现经过优化的RF模块时，仍无法保证它仍工作在最佳状态。作为一种验证，需要对PCB实现进行电磁场分析(EM)。

RF PCB设计瓶颈

RF PCB设计瓶颈主要有以下几个。第一，由于PCB板上的每个RF模块可能已经被一个独立的RF设计小组设计出来，以及每个模块可以独立进行升级、演变和重利用，因此将整个电路作为一个整体来管理就变得至关重要，但在任何时候仍然把这些模块作为单独的电路元件进行存取。为了解决这个问题，原理图和版图工具必须扩展，以支持分层分组电路。通过这一方法，即使一个RF电路已经在PCB上布好，它仍然可以作为一个RF电路与其它模块放在一起，并可以连接到适当的RF设计小组进行分析。
 
下一个障碍是如何设计地平面。在传统的设计流程中，采用RF金属来作为一个黑箱金属块，与地的间隔是手工完成的，因为过空要经过每一个地层。当RF电路更新后(这是一个频繁的操作)，裁掉的部分就必须手动修改以对应新的电路。对某些设计来说，仅这一编辑过程可能就要花几周的时间。

                   新的综合设计流程

RF设计工具和PCB设计工具之间的综合一直以ASCII IFF格式文件的双向转换为基础。该格式虽能处理部分设计数据，但还远远没有实现无缝的反复综合。缺少库同步是致命的一个原因。
 
这种设计需求催生出了一个基于网络的工具间的通信，它在RF设计和系统级PCB设计间提供一个动态双向链接(图1(b))。为支持并行工程处理，多个PCB工程师可同时使用同一个设计数据库，每人都能链接一个或多个模拟部分。现在，可以采用RF设计工具来设计RF模块，并在恰当时候将其综合为系统级原理图和PCB的一部分，而不再像过去那样仅是个难以琢磨的黑匣子电路。在此阶段，可在任一环境中升级电路并模拟其效果。
 
将每个RF电路看作一组对象，以帮助维护可追溯性、版本管理和设计问题。因为设计意图得以保全，所以可实施任意多次的设计反复，而没有时间成本。此外，因为可以在真实系统级PCB环境中对RF模块进行模拟，所以应该更详尽地对其功能进行验证以帮助缩短设计周期。

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