射频电路板设计技巧
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(common mode isolation)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的阻抗变化,从而电路之间不会相互干扰。
缓冲器对设计的帮助很大,它们可以紧跟在需要被驱动电路的后面,从而使高功率输出走线非常短,由于缓冲器的输入信号电平比较低,因此它们不易对板上的其它电路造成干扰。
压控振荡器
压控振荡器(VCO)可将变化的电压转换为变化的频率,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的微量噪音转换为微小的频率变化,而这就给RF信号增加了噪音。总之,在压控振荡器处理过以后,再也没有办法从RF输出信号中将噪音去掉。困难在于VCO控制线(control line)的期望频宽范围可能从DC到2MHz,而藉由滤波器来去掉这么宽的频带噪音几乎是不可能的;其次,VCO控制线通常是一个控制频率的反馈回路的一部份,它在很多地方都有可能引入噪音,因此必须非常小心处理VCO控制线。
谐振电路
谐振电路(tank circuit)用于发射机和接收机,它与VCO有关,但也有它自己的特点。简单地说,谐振电路是由一连串具有电感电容的二极管并连而成的谐振电路,它有助于设定VCO工作频率和将语音或数据调变到RF载波上。
所有VCO的设计原则同样适用于谐振电路。由于谐振电路含有数量相当多的零组件、占据面积大、通常运行在一个很高的RF频率下,因此谐振电路通常对噪音非常敏感。信号通常排列在芯片的相邻接脚上,但这些信号接脚又需要与较大的电感和电容配合才能工作,这反而需要将这些电感和电容的位置尽量靠近信号接脚,并连回到一个对噪音很敏感的控制环路上,但是又要尽量避免噪音的干扰。要做到这点是不容易的。
自动增益控制放大器
自动增益控制(AGC)放大器同样是一个容易出问题的地方,不管是发射还是接收电路都会有AGC放大器。AGC放大器通常能有效地滤掉噪音,不过由于行动电话具备处理发射和接收信号强度快速变化的能力,因此要求AGC电路有一个相当大的频宽,这就使AGC放大器很容易引入噪音。
设计AGC线路必须遵守模拟电路的设计原则,亦即使用很短的输入接脚和很短的反馈路径,而且这两处都必须远离RF、IF或高速数字信号线路。同样,良好的接地也必不可少,而且芯片的电源必须得到良好的去耦。如果必须在输入或输出端设计一条长的走线,那么最好是选择在输出端实现它,因为,通常输出端的阻抗要比输入端低得多,而且也不容易引入噪音。通常信号电平越高,就越容易将噪音引入到其它电路中。
接地
要确保RF走线下层的接地是实心的,而且所有的零组件都要牢固地连接到主接地上,并与其它可能带来噪音的走线隔离开来。此外,要确保VCO的电源已得到充分去耦,由于VCO的RF输出往往是一个相当高的电平,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往往放在RF区域的末端,有时它还需要一个金属屏蔽罩。
在所有PCB设计中,尽可能将数字电路远离模拟电路是一个大原则,它同样也适用于RF PCB设计。公共模拟接地和用于屏蔽和隔开信号线的接地通常是同等重要的。同样应使RF线路远离模拟线路和一些很关键的数字信号,所有的RF走线、焊盘和组件周围应尽可能是接地铜皮,并尽可能与主接地相连。微型过孔(microvia)构造板在RF线路开发阶段很有用,它毋须花费任何开销就可随意使用很多过孔,否则在普通PCB板上钻孔将会增加开发成本,这在大批量产时是不经济的。
将一个实心的整块接地面直接放在表面下第一层时,隔离效果最好。将接地面分成几块来隔离模拟、数字和RF线路时,其效果并不好,因为最终总是有一些高速信号线要穿过这些分开的接地面,这不是很好的设计。
还有许多与信号和控制线相关的课题需要特别注意,但它们超出了本文探讨的范围。
结语
不论RF PCB设计是不是一门「黑色艺术」,遵守一些基本的RF设计规则和参考一些优异的设计实例将有助于完成RF设计工作。成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节,这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划,并对每个设计步骤的进展进行全面持续的*估。而这种细致的设计技巧正是国内大多数电子企业文化所欠缺的。