如何在PCB的設(shè)計過程中，權(quán)衡利弊尋求一個合適的折中點,，盡可能地減少這些干擾,，甚至能夠避免部分電路的干涉,，是射頻電路PCB設(shè)計成敗的關(guān)鍵。本文從PCB的LAYOUT角度,，提供了一些處理的技巧,，對提高射頻電路的抗干擾能力有較大的用處。

由于射頻(RF)電路為分布參數(shù)電路,，在電路的實際工作中容易產(chǎn)生趨膚效應(yīng)和耦合效應(yīng),，所以在實際的PCB設(shè)計中，會發(fā)現(xiàn)電路中的干擾輻射難以控制,，如：數(shù)字電路和模擬電路之間相互干擾,、供電電源的噪聲干擾、地線不合理帶來的干擾等問題,。正因為如此,，如何在PCB的設(shè)計過程中，權(quán)衡利弊尋求一個合適的折中點,，盡可能地減少這些干擾，甚至能夠避免部分電路的干涉,，是射頻電路PCB設(shè)計成敗的關(guān)鍵,。文中從PCB的LAYOUT角度，提供了一些處理的技巧,，對提高射頻電路的抗干擾能力有較大的用處,。

1、RF布局

這里討論的主要是多層板的元器件位置布局,。元器件位置布局的關(guān)鍵是固定位于RF路徑上的元器件,，通過調(diào)整其方向，使RF路徑的長度小,，并使輸入遠(yuǎn)離輸出,，盡可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路，敏感的模擬信號遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號和RF信號,。

在布局中常采用以下一些技巧,。

1.1 一字形布局

RF主信號的元器件盡可能采用一字形布局，如圖1所示,。但是由于PCB板和腔體空間的限制,，很多時候不能布成一字形，這時候可采用L形,，不要采用U字形布局(如圖2所示),，有時候?qū)嵲诒苊獠涣说那闆r下，盡可能拉大輸入和輸出之間的距離,，至少1.5cm以上,。

圖1 一字形布局

圖2 L形和U字形布局

另外在采用L形或U字形布局時,，轉(zhuǎn)折點不要剛進(jìn)入接口就轉(zhuǎn)，如圖3左所示,，而是在稍微有段直線以后再轉(zhuǎn),，如圖3右圖所示。

圖3 兩種方案

1.2 相同或?qū)ΨQ布局

相同的模塊盡可能做成相同的布局或?qū)ΨQ的布局,，如圖4,、圖5所示。

圖4 相同布局

圖5 對稱布局

1.3 十字形布局

偏置電路的饋電電感與RF通道垂直放置,，如圖6所示,，主要是為了避免感性器件之間的互感。

圖6 十字形布局

1.4 45度布局

為合理的利用空間,，可以將器件45度方向布局,，使射頻線盡可能短，如圖7所示,。

圖7 45度布局

2,、RF布線

布線的總體要求是：RF信號走線短且直，減少線的突變,，少打過孔,，不與其它信號線相交，RF信號線周邊盡量多加地過孔,。

以下是一些常用的優(yōu)化方式：

2.1 漸變線處理

在射頻線寬比IC器件管腳的寬度大比較多的情況下,，接觸芯片的線寬采用漸變方式，如圖8所示,。

圖8 漸變線

2.2 圓弧線處理

射頻線不能直的情況下,，作圓弧線處理，這樣可以減少RF信號對外的輻射和相互問的耦合,。有實驗證明,，傳輸線的拐角采用變曲的直角，能大限度的降低回?fù)p,。如圖9所示,。

圖9 圓弧線

2.3 地線和電源

地線盡可能粗。在有條件的情況下,，PCB的每一層都盡可能的鋪地,，并使地連到主地上，多打地過孔,，盡量降低地線阻抗,。

RF電路的電源盡量不要采用平面分割，整塊的電源平面不但增加了電源平面對RF信號的輻射,，而且也容易被RF信號的干擾,。所以電源線或平面一般采用長條形狀,，根據(jù)電流的大小進(jìn)行處理，在滿足電流能力的前提下盡可能粗,，但是又不能無限制的增寬,。在處理電源線的時候，一定要避免形成環(huán)路,。

電源線和地線的方向要與RF信號的方向保持平行但不能重疊,，在有交叉的地方zui好采用垂直十字交叉的方式。

2.4 十字交叉處理

RF信號與IF信號走線十字交叉,，并盡可能在他們之間隔一塊地,。

RF信號與其他信號走線交叉時，盡量在它們之間沿著RF走線布置一層與主地相連的地,。如果不可能,，一定要保證它們是十字交叉的。這里的其他信號走線也包括電源線,。

2.5 包地處理

對射頻信號,、干擾源、敏感信號及其他重要信號進(jìn)行包地處理,，這樣既可以提高該信號的抗干擾能力,，也可以減少該信號對其他信號的干擾。如圖10所示,。

圖10 包地處理

2.6 銅箔處理

銅箔處理要求圓滑平整，不允許有長線或尖角,，若不能避免,，則在尖角、細(xì)長銅箔或銅箔的邊緣處補(bǔ)幾個地過孔,。

2.7 間距處理

射頻線離相鄰地平面邊緣至少要有3W的寬度,，且3W范圍內(nèi)不得有非接地過孔。

圖11 間距

同層的射頻線要作包地處理,，并在地銅皮上加地過孔,，孔間距應(yīng)小于信號頻率所對應(yīng)波長(λ)的1／20，均勻排列整齊,。包地銅皮邊緣離射頻線2W的寬度或3H的高度,，H表示相鄰介質(zhì)層的總厚度。

3,、腔體處理

對整個RF電路,，應(yīng)把不同模塊的射頻單元用腔體隔離，特別是敏感電路和強(qiáng)烈輻射源之間,，在大功率的多級放大器中,，也應(yīng)保證級與級之間的隔離,。整個電路支流放置好后，就是對屏蔽腔的處理,，屏蔽腔體的處理有以下注意事項：

整個屏蔽腔體盡量做成規(guī)則形狀,，便于鑄模。對于每一個屏蔽腔盡量做成長方形,，避免正方形的屏蔽腔,。

屏蔽腔的轉(zhuǎn)角采用弧形，屏蔽金屬腔體一般采用鑄造成型,，弧形的拐角便于鑄造成型時候拔模,。如圖12所示。

圖12 腔體

屏蔽腔體的周邊是密封的,，接口的線引入腔體一般采用帶狀線或微帶線,，而腔體內(nèi)部不同模塊采用微帶線，不同腔體相連處采用開槽處理,，開槽的寬度為3mm,，微帶線走在正中間。

腔體的拐角放置3mm的金屬化孔,，用來固定屏蔽殼,，在每支長的腔體上也要均勻放置同等的金屬化孔，用來加固支撐作用,。

腔體一般做開窗處理,，便于焊接屏蔽殼，腔體上一般厚2 mm以上,，腔體上加2排開窗過孔屏,，過孔相互錯開，同一排過孔之間間距150MIL,。

4,、結(jié)束語

射頻電路PCB設(shè)計成敗的關(guān)鍵在于如何減少電路輻射，從而提高抗干擾能力,，但是在實際的布局與布線中一些問題的處理是相沖突的,，因此如何尋求一個折中點，使整個射頻電路的綜合性能達(dá)到*,，是設(shè)計者必須要考慮的問題,。所有這些都要求設(shè)計者具有一定的實踐經(jīng)驗和工程設(shè)計能力，但是要具備這些能力,，每一個設(shè)計者都不可能一蹴而就的,，只有從其他人那里借鑒經(jīng)驗，加上自己的不停摸索和思考，才能不斷進(jìn)步,。本文總結(jié)工作中的一些設(shè)計經(jīng)驗,，有利于提高射頻電路PCB的抗干擾能力，幫助射頻電路設(shè)計初學(xué)者少走不必要的彎路,。

PCB射頻電路四大基礎(chǔ)特性

此處將從射頻界面,、小的期望信號、大的干擾信號,、相鄰頻道的干擾四個方面解讀射頻電路四大基礎(chǔ)特性,，并給出了在PCB設(shè)計過程中需要特別注意的重要因素。

射頻電路仿真之射頻的界面

無線發(fā)射器和接收器在概念上,，可分為基頻與射頻兩個部份,。基頻包含發(fā)射器的輸入信號之頻率范圍，也包含接收器的輸出信號之頻率范圍,。基頻的頻寬決定了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中可流動的基本速率,。基頻是用來改善數(shù)據(jù)流的可靠度，并在特定的數(shù)據(jù)傳輸率之下,，減少發(fā)射器施加在傳輸媒介（transmission medium）的負(fù)荷,。因此，PCB設(shè)計基頻電路時,，需要大量的信號處理工程知識,。發(fā)射器的射頻電路能將已處理過的基頻信號轉(zhuǎn)換、升頻至的頻道中,，并將此信號注入至傳輸媒體中,。相反的，接收器的射頻電路能自傳輸媒體中取得信號,，并轉(zhuǎn)換,、降頻成基頻。

發(fā)射器有兩個主要的PCB設(shè)計目標(biāo)：第yi它們必須盡可能在消耗少功率的情況下,，發(fā)射特定的功率。第二是它們不能干擾相鄰頻道內(nèi)的收發(fā)機(jī)之正常運作,。就接收器而言,，有三個主要的PCB設(shè)計目標(biāo)：首先，它們必須準(zhǔn)確地還原小信號,；第二,，它們必須能去除期望頻道以外的干擾信號；后一點與發(fā)射器一樣,，它們消耗的功率必須很小,。

射頻電路仿真之大的干擾信號

接收器必須對小的信號很靈敏，即使有大的干擾信號（阻擋物）存在時,。這種情況出現(xiàn)在嘗試接收一個微弱或遠(yuǎn)距的發(fā)射信號,，而其附近有強(qiáng)大的發(fā)射器在相鄰頻道中廣播,。干擾信號可能比期待信號大60~70 dB，且可以在接收器的輸入階段以大量覆蓋的方式,，或使接收器在輸入階段產(chǎn)生過多的噪聲量,，來阻斷正常信號的接收。如果接收器在輸入階段,，被干擾源驅(qū)使進(jìn)入非線性的區(qū)域,，上述的那兩個問題就會發(fā)生。為避免這些問題,，接收器的前端必須是非常線性的,。

因此，“線性”也是PCB設(shè)計接收器時的一個重要考慮因素,。由于接收器是窄頻電路,，所以非線性是以測量“交調(diào)失真（intermodulation distortion）”來統(tǒng)計的。這牽涉到利用兩個頻率相近,，并位于中心頻帶內(nèi)（in band）的正弦波或余弦波來驅(qū)動輸入信號,，然后再測量其交互調(diào)變的乘積。大體而言,，SPICE是一種耗時耗成本的仿真軟件,，因為它必須執(zhí)行許多次的循環(huán)運算以后，才能得到所需要的頻率分辨率,，以了解失真的情形,。

射頻電路仿真之小的期望信號

接收器必須很靈敏地偵測到小的輸入信號。一般而言,，接收器的輸入功率可以小到1 μV,。接收器的靈敏度被它的輸入電路所產(chǎn)生的噪聲所限制。因此,，噪聲是PCB設(shè)計接收器時的一個重要考慮因素,。而且，具備以仿真工具來預(yù)測噪聲的能力是*的,。附圖一是一個典型的超外差（superheterodyne）接收器,。接收到的信號先經(jīng)過濾波，再以低噪聲放大器（LNA）將輸入信號放大,。然后利用第yi個本地振蕩器（LO）與此信號混合,，以使此信號轉(zhuǎn)換成中頻（IF）。前端（front-end）電路的噪聲效能主要取決于LNA,、混合器（mixer）和LO,。雖然使用傳統(tǒng)的SPICE噪聲分析，可以尋找到LNA的噪聲，但對于混合器和LO而言,，它卻是無用的,，因為在這些區(qū)塊中的噪聲，會被很大的LO信號嚴(yán)重地影響,。

小的輸入信號要求接收器必須具有極大的放大功能,，通常需要120 dB這么高的增益。在這么高的增益下,，任何自輸出端耦合（couple）回到輸入端的信號都可能產(chǎn)生問題,。使用超外差接收器架構(gòu)的重要原因是，它可以將增益分布在數(shù)個頻率里,，以減少耦合的機(jī)率,。這也使得第yi個LO的頻率與輸入信號的頻率不同，可以防止大的干擾信號“污染”到小的輸入信號,。

因為不同的理由,，在一些無線通訊系統(tǒng)中，直接轉(zhuǎn)換（direct conversion）或內(nèi)差（homodyne）架構(gòu)可以取代超外差架構(gòu),。在此架構(gòu)中,，射頻輸入信號是在單一步驟下直接轉(zhuǎn)換成基頻，因此,，大部份的增益都在基頻中,，而且LO與輸入信號的頻率相同。在這種情況下,，必須了解少量耦合的影響力,，并且必須建立起“雜散信號路徑（stray signal path）”的詳細(xì)模型，譬如：穿過基板（substrate）的耦合,、封裝腳位與焊線（bondwire）之間的耦合,、和穿過電源線的耦合。

射頻電路仿真之相鄰頻道的干擾

失真也在發(fā)射器中扮演著重要的角色,。發(fā)射器在輸出電路所產(chǎn)生的非線性,，可能使傳送信號的頻寬散布于相鄰的頻道中。這種現(xiàn)象稱為“頻譜的再成長（spectral regrowth）”,。在信號到達(dá)發(fā)射器的功率放大器（PA）之前,，其頻寬被限制著；但在PA內(nèi)的“交調(diào)失真”會導(dǎo)致頻寬再次增加,。如果頻寬增加的太多，發(fā)射器將無法符合其相鄰頻道的功率要求,。當(dāng)傳送數(shù)字調(diào)變信號時,，實際上，是無法用SPICE來預(yù)測頻譜的再成長。因為大約有1000個數(shù)字符號（symbol）的傳送作業(yè)必須被仿真,，以求得代表性的頻譜,，并且還需要結(jié)合高頻率的載波，這些將使SPICE的瞬態(tài)分析變得不切實際,。