如何避免ISM-RF产品中的PCB布局“缺陷”

应遵循以下原则：
·引线下方应保证完整接地。
·敏感引线应垂直排列。
·如果引线必须平行排列，须确保足够的间距或采用保护线。

接地过孔

RF电路布局的主要问题通常是电路的特征阻抗不理想，包括电路元件及其互联。引线覆铜层较薄，则等效于电感线，并与邻近的其它引线形成分布电容。引线穿过过孔时，也会表现出电感和电容特性。

过孔电容主要源于过孔焊盘侧的覆铜与地层覆铜之间构成的电容，它们之间由一个相当小的圆环隔开。另外一个影响源于金属过孔本身的圆柱。寄生电容的影响一般较小，通常只会造成高速数字信号的边沿变差(本文不对此加以讨论)。

过孔的最大影响是相应的互联方式所引起的寄生电感。因为RF PCB设计中，大多数金属过孔尺寸与集总元件的尺寸相同，可利用简单的公式估算电路过孔的影响(图5)：

式中，L_VIA为过孔的集总电感；h为过孔高度，单位为英寸；d为过孔直径，单位为英寸²。

图5. PCB横截面用于估算寄生影响的过孔结构

寄生电感往往对旁路电容的连接影响很大。理想的旁路电容在电源层与地层之间提供高频短路，但是，非理想过孔则会影响地层和电源层之间的低感通路。典型的PCB过孔(d = 10 mil、h = 62.5 mil)大约等效于一个1.34nH电感。给定ISM-RF产品的特定工作频率，过孔会对敏感电路(例如，谐振槽路、滤波器以及匹配网络等)造成不良影响。
如果敏感电路共用过孔，例如π型网络的两个臂，则会产生其它问题。例如，放置一个等效于集总电感的理想过孔，等效原理图则与原电路设计有很大区别(图6)。与共用电流通路的串扰一样³，导致互感增大，加大串扰和馈通。

图6. 理想架构与非理想架构比较，电路中存在潜在的"信号通路"。

综上所述，电路布局需要遵循以下原则：
·确保对敏感区域的过孔电感建模。
·滤波器或匹配网络采用独立过孔。
·注意，较薄的PCB覆铜会降低过孔寄生电感的影响。

引线长度

Maxim ISM-RF产品的数据资料往往建议使用尽可能短的高频输入、输出引线，从而将损耗和辐射降至最小。另一方面，这种损耗通常是由于非理想寄生参数引起的，所以寄生电感和电容都会影响电路布局，使用尽可能短的引线有助于降低寄生参数。通常情况下，10 mil宽、距离地层0.0625in的PCB引线，如果采用的是FR4电路板，则产生大约19nH/in的电感和大约1pF/in的分布电容。对于具有20nH电感、3pF电容的LAN/混频器电路，电路、元器件布局非常紧凑时,会对有效元件值造成很大影响。

"Institute for Printed Circuits"中的IPC-D-317A⁴提供了一个行业标准方程，用于估算微带线PCB的各种阻抗参数。该文件在2003年被IPC-2251取代⁵，后者为各种PCB引线提供更准确的计算方法。可以通过各种渠道获得在线计算器，其中大多数都基于IPC-2251提供的方程式。密苏里理工大学的电磁兼容性实验室提供了一个非常实用的PCB引线阻抗计算方法⁶。

公认的计算微带线阻抗的标准是：


式中，ε_r为电介质的介电常数，h为引线距离地层的高度，w为引线宽度，t为引线厚度(图7)。w/h介于0.1至2.0、ε_r介于1至15之间时，该公式的计算结果相当准确⁷。

图7. 该图为PCB横截面(与图5类似)，表示用于计算微带线阻抗的结构。

为评估引线长度的影响，确定引线寄生参数对理想电路的去谐效应更实用。本例中，我们讨论杂散电容和电感。用于微带线的特征电容标准方程为：

同理，可利用上述方程从方程式中计算得到特征电感：

举例说明，假设PCB厚度为0.0625in (h = 62.5 mil)，1盎司覆铜引线(t = 1.35 mil)，宽度为0.01in (w = 10 mil)，采用FR-4电路板。注意，FR-4的ε_r典型值为4.35法拉/米(F/m)，但范围可从4.0F/m至4.7F/m。本例计算得到的特征值为Z₀ = 134Ω，C₀ = 1.04pF/in，L₀ = 18.7nH/in。

对于ISM-RF设计中，电路板上布局长度为12.7mm (0.5in)的引线，可产生大约0.5pF和9.3nH的寄生参数(图8)。这一等级的寄生参数对于接收器谐振槽路的影响(LC乘积的变化)，可能产生315MHz ±2%或433.92MHz ±3.5%的变化。由于引线寄生效应所产生的附加电容和电感，使得315MHz振荡频率的峰值达到312.17MHz，433.92MHz振荡频率的峰值达到426.61MHz。

图8. 一个紧凑的PCB布局，寄生效应会对电路产生影响。

另外一个例子是Maxim的超外差接收机(MAX7042)的谐振槽路，推荐使用的元件在315MHz时为1.2pF和30nH；433.92MHz时为0pF和16nH。利用方程计算谐振电路振荡频率：

评估板谐振电路应包括封装和布局的寄生效应，计算315MHz谐振频率时,寄生参数分别为7.3pF和7