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射频板设计经验总结

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一、传输线


图1:直角补偿

图1:直角补偿

  1. 根据50Ω特性阻抗所需的线宽和铺地间距,选择正确的传输线类型(微带线或带状线);

  2. 通过阻抗计算工具确保阻抗线路安装50Ω特性阻抗设计,并确定线宽和铺地间距以及结构;

  3. 为保持射频线路特性阻抗的连续性,保持射频布线宽度和线间距保持一致,不发生突变。

  4. 针对带状线,铺地间距应小于传输线与参考面的厚度,否则带状线将变为微带线;

  5. 针对带状线,确保镜像地面积尽量大,至少要大于传输线与地的间隙;

  6. 为射频传输线提供一个干净,没有干扰的,同时没有任何射频信号线通过其下穿过的镜像地,以提供一个良好的射频信号信号回路;

  7. 尽量缩短传输线的长度,长的传输线将带来衰减;

  8. 避免射频传输线的直角,必须需要拐角时应进行直角补偿,见附图1;

  9. 射频信号线上尽量不要出现分叉或者之脚,都会对射频阻抗产生影响;

  10. 不要在射频传输线上平行布置任何线路,这样的线路会增加线与线之间的额耦合;

  11. 不要在射频传输线上设置测试点;

二、PCB叠层

推荐使用四层板结构,层设置架构如下:

【Top layer】射频IC和元件、射频传输线、天线、去耦电容和其他信号线,见附图2;

【Layer 2】地平面

【Layer 3】电源平面

【Bottomlayer】非射频元件和信号线

完整的电源平面提供极低的电源阻抗和分布的去耦电容,同时射频信号线有一个完整的参考地,为射频信号提供完整恒定不变的参考,有利于射频传输线阻抗的连续性。


两层板主要用于低成本,简单的电路板。为是设计50Ω特性阻抗,一般电路板厚度要很小,同时电路板的也无法提供完整的地平面。

图2:Top layer

图2:Top layer

1、地平面

地平面设计在射频电路板设计中十分重要,见图3。射频信号的返回路径就是射频信号线下的地平面,良好的地设计是完整的且尽可能宽的不存在中断地平面,一旦返回路径的地平面被中断,返回信号就会找一个更小阻抗的路径回流,这样就加大电流环路,增加了电感引起不必要的EMI的干扰。同时增加了阻抗匹配的难度同时产生一定的衰减。过窄的地平面是传输线的性能改变,可能会带来更多的射频信号泄露。


2、地平面设计规则

图3:Layer 2

图3:Layer 2

三、电源退耦

电源供电需要通过退耦电容滤除IC的噪声,见图4,避免噪声在不同设备(IC)之间流转,同时电源噪声会增加频率合成器的相位噪声,降低接收机的接收灵敏度,增加信号的杂散等不利影响。

电源退耦建议

  1. 退耦电容放置离电源越近越好;

  2. 退耦电容容值越小离供电管脚越近;

  3. 尽量将退耦电容和电源设置在同一个平面,如果无法将所有的电容放置在同一个平面,优先小容值的电容;

  4. 供电电源经过退耦电容后进入IC,在退耦电容和IC管脚之间不要放置过孔。

  5. 为每个退耦电容设置一个地过孔,不要共用地过孔。

  6. 对于设置了独立电源层的电路板,使用独立的过孔为每个用电“单位”供电,不要共用电源过孔。


图4:电源退耦 (2)

图4:电源退耦

四、过孔

图5:地孔伴随

图5:地孔伴随

过孔是连接不同信号层的关键“装置”,然而他具有极高的寄生参数,会带来很多寄生干扰和问题。

过孔规则

  1. 使用尽可能的多的过孔连接不同层,且间隔不大于信号波长的λ/20;

  2. “地孔伴随”,在信号线附近设置尽可能的多的过孔,以降低过孔的寄生电感,见图5;

  3. 焊盘和焊点不要共用过孔,尽量独立;

  4. 尽量避免射频信号跨层;

  5. QFN封装的器件,其底部设置尽可能多的过孔;

  6. 可以使用地孔来隔离干扰源和敏感电路;

五、电容、电感

电容使用规则

  1. 射频电路使用C0G/NP0两种规格的电容,避免受到温度变化的影响;

  2. 晶振的负载电容,使用C0G/NP0两种规格的电容;

  3. 用于匹配的电容,应工作在其自谐振频率(SRF)以下;

  4. 射频电路采用高Q的电容;

  5. 用于退耦的电容,没必要采用C0G电容,一般采用X5R或X7R即可(根据温度决定);

  6. 退耦电容采用SRF对应值的电容;

  7. 建议使用小封装的电容(如0201或0402),降低寄生参数对射频电路的影响;

  8. 对于已经匹配的射频信号线路的隔直电容,最好采用SRF与信号频率比较接近的电容,具有较低的ESR,减小信号的衰减。


电感使用规则

  1. 采用高Q值的电感用于匹配电路,应工作在其自谐振频率(SRF)以下;

  2. 用于滤波的电感,应使用其自谐振频率接近噪声频率;

  3. 相邻电感不要平行放置,应尽量增加距离并垂直放置;

  4. 射频陶瓷电感具有价格优势和较高的SRF,但是其Q值较低同时耐流较差,尤其高感值的电感,使用时仔细核对器件手册;

  5. 绕线电感具有极低的直流电阻,高的Q值和较大的耐流;综合绕线电感的性能优于陶瓷电感,但成本较高。


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