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技术专栏

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高速高频线路板厂家总结:射频电路设计过程中有哪些常见的问题
2020-12-10
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在实际预设时,真正实用的技法是当这些个准则和法则因各种预设约束而没有办法正确地实行时怎么样对他们施行折中处置。

当然,有很多关紧的RF预设课题值当商议,涵盖阻抗和阻抗般配、绝缘层材料和重叠板以及波长和驻波等,在各个方面掌握各类预设原则前提下的仔细计划是一次性成功预设的保障。

一、RF电路预设的常见问题

1、数码电路板块和摹拟电路板块之间的干扰

假如摹拟电路(射频)和数码电路单独办公,有可能各自办公令人满意。不过,一朝将二者放在同一块电路板上,运用同一个电源一块儿办公,整个儿系统很有可能就不定。

这主要是由于数码信号次数多地在地和阳电源(>3 V)之间来回摇动,并且周期尤其短,每常是纳秒级的。因为较大的波幅和较短的切换时间。要得这些个数码信号里面含有数量多且独立于切换频率的高频成分。在摹拟局部,从无线调协回路传到无线设施收缴局部的信号普通小于lμV。

因为这个数码信号与射频信号之间的区别会达到120 dB。显然.假如不可以使数码信号与射频信号美好地离合。微弱的射频信号有可能遭到毁伤,这么一来,无线设施办公性能便会恶化,甚至于绝对不可以办公。

2、供电电源的噪声干扰

射频电路对于电源噪声相当敏锐,特别是对毛刺电压和其它高频谐波。微扼制器会在每个内里报时的钟周期内瞬息间忽然吸人民代表大会局部电流,这是因为现代微扼制器都认为合适而使用CMOS工艺制作。

因为这个,如果一个微扼制器以lMHz的内里报时的钟频率运行,它将以资频率从电源提出取得电流。

假如不采取合宜的电源去耦,必将引动电源线上的电压毛刺。假如这些个电压毛刺到了电路RF局部的电源引脚,严重时有可能造成办公失去效力。

3、不符合理的地线

假如RF电路的地线处置不合适,有可能萌生一点奇怪的现象。对于数码电路预设,纵然没有地线层,大部分数数码电路功能也表达令人满意。而在RF频带,纵然一根很短的地线也会如电感器同样效用。

粗略地计算,每毫米长度的电感量约为l nH,433 MHz时10 toni PCB线路的感抗约27Ω。假如不认为合适而使用地线层,大部分数地线将会较长,电路将没有办法具备预设的特别的性质。

4、接收天线对其它摹拟电路局部的辐射干扰

在PCB电路预设中,板上一般还有其它摹拟电路。

例如,很多电路上都有模,数改换(ADC)或数/模改换器(DAC)。射频送出器的接收天线散发的高频信号有可能会到了ADC的摹拟淙攵恕R蛭 魏蔚缏废呗范伎赡苋缣煜咭谎⒊龌蚪邮誖F信号。假如ADC输入端的处置不符合理,RF信号有可能在ADC输入的ESD二极管内自激。因此引动ADC偏差。

二、五大经验总结概括

1、射频电路布局原则

在预设RF布局时,务必优先满完全可以下几个总原则:

(1)尽有可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离去来,简单地说,就是让高功率RF发射电路远离低功率RF收缴电路;

(2)保证PCB板上高功率区至少有一整块地,最好上头没有过孔,当然,铜箔平面或物体表面的大小越大越好;

(3)电路和电源去耦一样也极为关紧;

(4)RF输出一般需求远离RF输入;

(5)敏锐的摹拟信号应当尽有可能远离高速数码信号和RF信;

2、物理分区、电气分区预设分区

可以分解为物理分区和电气分区。物理分区主要牵涉到元部件布局、朝向和屏蔽等问题;电气分区可以接着分解为电源分配、RF走线、敏锐电路和信号以及接地等的分区。

1)我们商议物理分区问题:

元部件布局是成功实现一个优秀RF预设的关键,最管用的技术是首先固定位于RF途径上的元部件,并调试其朝向以将RF途径的长度减到最小,使输入远离输出,并尽有可能远地离合高功率电路和低功率电路。

最管用的电路板堆叠办法是将主接地面(主地)安置在表层下的第二层,并尽有可能将RF线走在表层上。将RF途径上的过孔尺寸减到最小不止可以减损途径电感,并且还可以减损主地上的虚焊点,并可减损RF能+羭縷泄露到重叠板内其它地区范围的机缘。

在物理空间上,像多级放大器这么的线性电路一般完全可以将多个RF区之间互相隔离去来,不过双职工器、混频器和中频放大器/混频器老是有多个RF/IF信号互相干扰,因为这个务必谨慎地将这一影响减到最小。

2)RF与IF走线应尽有可能走十字交错,并尽有可能在他们之间隔一块地:

准确的RF途径对整块PCB板的性能而言十分关紧,这也就是为何元部件布局一般在握机PCB板预设中占大多时间的端由。

在握机PCB板预设上,一般可以将低噪音放大器电路放在PCB板的某一面,而高功率放大器放在另一面,并最后经过双职工器把他们在同一面上连署到RF端和基带处置器端的接收天线上。

需求一点技法来保证直经过孔不会把RF能+羭縷从板的一面传交到另一面,常用的技术是在两面都运用盲孔。

可以经过将直经过孔安置在PCB板两面都不受RF干扰的地区范围来将直经过孔的不顺利影响减到最小。

有时候不太有可能在多个电路块之间保障足够的隔离,在这种事情状况下就务必思索问题认为合适而使用金属屏蔽罩将射频能+羭縷屏蔽在RF地区范围内,金属屏蔽罩务必焊在地上,务必与元部件维持一个合适距离,因为这个需求占用珍贵的PCB板空间。

尽有可能保障屏蔽罩的完整十分关紧,进入了金属屏蔽罩的数码信号线应当尽有可能走内层,并且最好走线层的下边一层PCB是地层。

RF信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口儿和地缺口儿处的布线层上走出去,然而缺口儿处四周围要尽有可能地多布一点地,不一样层上的地可经过多个过孔连在一块儿。

3)妥当和管用的芯片电源去耦也十分关紧:

很多集成了线性线路的RF芯片对电源的噪音十分敏锐,一般每个芯片都需求认为合适而使用高达四个电容和一个隔离电感来保证滤除全部的电源噪音。

一块集成电路或放大器每常带有一个开漏极输出,因为这个需求一个上拉电感来供给一个高阻抗RF负载和一个低阻抗直流电源,一样的原则也适合使用于对这一电感端的电源施行去耦。

有点芯片需求多个电源能力办公,因为这个你有可能需求两到三套电容和电感来作别对他们施行去耦处置,电感稀少并行靠在一块儿,由于这将形成一个空芯变压器并互相感应萌生干扰信号,因为这个他们之间的距离至少要相当于那里面一个部件的高度,还是成90度角排列以将其互感减到最小。

4)电气分区原则大体上与物理分区相同,但还里面含有一点其他因素:

手机的某些局部认为合适而使用不一样办公电压,并借助软件对其施行扼制,以延长干电池办公生存的年限。这意味开始机需求运行多种电源,而这给隔离带来了更多的问题。

电源一般从连署器引入,并迅即施行去耦处置以滤除不论什么来自线路板外部的噪声,而后再通过一组开关或稳压器在这以后对其施行分配。

手机PCB电路板上大部分数电路的直流电流都相当小,因为这个走线宽度一般不是问题,然而,务必为高功率放大器的电源单独走一条尽有可能宽的大电流线,以将传道输送压降减到最低。

为了防止非常多电流伤耗,需求认为合适而使用多个过孔来将电流从某一层传交到另一层。这个之外,假如不可以在高功率放大器的电源引脚端对它施行充分的去耦,那末高功率噪声将会辐射到整块板上,并带来五花八门的问题。

高功率放大器的接地相当关键,并常常需求为其预设一个金属屏蔽罩。在大部分数事情状况下,一样关键的是保证RF输出远离RF输入。这也适合使用于放大器、缓和冲突器和滤波器。

在最坏事情状况下,假如放大器和缓和冲突器的输出以合适的相位和波幅反馈到他们的输入端,那末他们就可能萌生自激振动。在最喜事情状况下,他们将能在不论什么温度和电压枝件下牢稳地办公。

其实,他们有可能会变得不定,并将噪音和互调信号添加到RF信号上。假如射频信号线只得从滤波器的输入端绕回输出端,这有可能会严重损害到滤波器的带通特别的性质。

为了使输入和输出获得令人满意的隔离,首先务必在滤波器四周围布一圈地,其次滤波器下层地区范围也要布一块地,并与环绕滤波器的主地连署起来。把需求越过滤波器的信号线尽有可能远离滤波器引脚也是个好办法。

这个之外,整块板上处处的接地都要非常谨慎,否则会在引入一条耦合通道。有时候可以挑选走单端或均衡RF信号线,相关交错干扰和EMC/EMI的原则在这处一样适合使用。

均衡RF信号线假如走线准确的话,可以减损噪声和交错干扰,不过他们的阻抗一般比较高,并且要维持一个合理的线宽以获得一个般配信号源、走线和负载的阻抗,实际布线有可能会有一点艰难。

缓和冲突器可以用来增长隔离效果,由于它可把同一个信号分为两个局部,并用于驱动不一样的电路,尤其是本振有可能需求缓和冲突器来驱动多个混频器。

当混频器在RF频率处到了共模隔离状况时,它将没有办法正常办公。缓和冲突器可以美好地隔离不一样频率处的阻抗变动,因此电路之间不会互相干扰。

缓和冲突器对预设的帮忙非常大,他们可以紧跟在需求被驱动电路的后面,因此使高功率输离家出走线十分短,因为缓和冲突器的输入信号电平比较低,因为这个他们不易对板上的其他电路导致干扰。

压控振动器(VCO)可将变动的电压改换为变动的频率,这一特别的性质被用于高速频带切换,但他们一样也将扼制电压上的微量噪声改换为细微的频率变动,而这就给RF信号增加了噪声。

5)要保障不增加噪声务必从下面这些方面思索问题:

首先,扼制线的希望频宽范围有可能从DC一直到2MHz,而经过滤波来去掉这样宽频段的噪声几乎是没可能的;其次,VCO扼制线一般是一个扼制频率的反馈回路的一小批,它在众多地方都可能引入噪声。

因为这个务必十分谨慎处置VCO扼制线。要保证RF走线下层的地是实心的,并且全部的元部件都坚固地连到主地上,并与其他有可能带来噪声的走线隔离去来。

这个之外,要保证VCO的电源已获得充分去耦,因为VCO的RF输出往往是一个相对较高的电平,VCO输出信号很容易干扰其他电路,因为这个务必对VCO加以加意。

事情的真实情况上,VCO往往布放在RF地区范围的末端,有时候它还需求一个金属屏蔽罩。谐振电路(一个用于发射机,另一个用于收缴机)与VCO相关,但也有它自个儿的独特的地方。

简单地讲,谐振电路是一个带有容性二极管的并行谐振电路,它有助于设置VCO办公频率和将语音或数值调制到RF信号上。全部VCO的预设原则一样适合使用于谐振电路。因为谐振电路包括数目相当多的元部件、板上散布地区范围较宽以及一般运行在一个颀长的RF频率下,因为这个谐振电路一般对噪声十分敏锐。

信号一般排列在芯片的相邻脚上,但这些个信号引脚又需求与相对较大的电感和电容合适能力办公,这反过来要求这些个电感和电容的位置务必靠得很近,并连回到一个对噪声很敏锐的扼制环路上。要做到这点是不由得易的。

半自动增益扼制(AGC)放大器一样是一个容易出问题的地方,无论是发射仍然收缴电路都会有AGC放大器。AGC放大器一般能管用地滤掉噪声,然而因为手机具有处置发射和收缴信号强度迅速变动的有经验。

因为这个要求AGC电路有一个相当宽的带宽,而这使某些关键电路上的AGC放大器很容易引入噪声。预设AGC线路务必笃守令人满意的摹拟电路预设技术,而这跟很短的运放输入引脚和很短的反馈途径相关,这两处都务必远离RF、IF或高速数码信号走线。

一样,令人满意的接地也必必需,并且芯片的电源务必获得令人满意的去耦。假如一定要在输入或输出端走一根长线,那末最好是在输出端,一般输出端的阻抗要低得多,并且也不由得易感应噪声。

一般信号电平越高,就越容易把噪声引入到其他电路。在全部PCB预设中,尽有可能将数码电路远离摹拟电路是一条总的原则,它一样也适合使用于RF PCB预设。

公共摹拟地和用于屏蔽和隔开信号线的地一般是同样关紧的,因为这个在预设早期阶段,仔细的规划、思索问题周详的元部件布局和彻底的布局*估都十分关紧,一样应使RF线路远离摹拟线路和一点很关键的数码信号,全部的RF走线、焊盘和元件四周围应尽有可能多填接地铜皮,并尽有可能与主地衔接。

假如RF走线务必越过信号线,那末尽力在他们之间沿着RF走线布一层与主地衔接的地。假如没可能的话,必须要保障他们是十字交错的,这可将容性耦合减到最小,同时尽有可能在每根RF走线四周围多布一点地,并把他们连到主地。

这个之外,将并行RF走线之间的距离减到最小可以将感性耦合减到最小。一个实心的整块接地面直接放在表层下第1层时,隔离效果最好,尽管谨慎一点儿预设时其他的作法也有效。

在PCB板的每一层,应布上尽有可能多的地,并把他们连到主地面。尽有可能把走线靠在一块儿以增加内里信号层和电源分配层的地块数目,并合适调试走线以便你能将地连署过孔安置到表层上的隔离地块。

应该防止在PCB电路板各层上生成游离地,由于他们会像一个小接收天线那样子捡拾或灌注噪音。在大部分数事情状况下,假如你不可以把他们连到主地,那末你最好把他们去掉。

3、在握机PCB电路板预设时,应注意几个方面

1)电源、地线的处置:

既使在整个儿PCB板中的布线完成得都美好,但因为电源、 地线的思索问题不周而引动的干扰,会使产品的性能减退,有时候甚至于影响到产品的成功率。

所以对电、地线的布线要严肃对待看待,把电、地线所萌生的噪音干扰降到尽头限,以保障产品的品质。

对每个投身电子产品预设的工程担任职务的人来说都明空白土地线与电源线之间噪音所萌生的端由,现只对减低式制约噪音作以述说:

(1)、家喻户晓的是在电源、地线之间加上去耦电容。

(2)、尽力加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,他们的关系是:地线>电源线>信号线,一般信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1.2~2.5 mm。对数码电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来运用(摹拟电路的地不可以这么运用)

(3)、用大平面或物体表面的大小铜层作地线用,在印制电路板上把没被用上的地方都与地衔接接作为地线用。或是做成多层电路板,电源,地线各占用一层。

2)数码电路与摹拟电路的共地处置

如今有很多PCB电路板不再是纯一功能电路(数码或摹拟电路),而是由数码电路和摹拟电路混合构成的。

因为这个在布线时就需求思索问题他们之间相互干扰问题,尤其是地线上的噪音干扰。数码电路的频率高,摹拟电路的敏锐度强,对信号线来说,高频的信号线尽有可能远离敏锐的摹拟电路部件,对地线来说,整人PCB电路板对外界只有一个结点。

所以务必在PCB电路板内里施行处置数、模共地的问题,而在板内里数码地和摹拟地其实是分开的他们之间互不衔接,只是在PCB电路板与外界连署的接口处(如插头等)。

数码地与摹拟地有一点儿短接,请注意,只有一个连署点。也有在PCB电路板上不共地的,这由系统预设来表决。

3)信号线布在电(地)层上

多层印制板布线时,因为在信号线层没有布完的线余下已经无几,再多加层数便会导致耗费也会给出产增加一定的办公量,成本也相应增加了。

为解决这个矛盾,可以思索问题在电(地)层向上行布线。首先应思索问题用电源层,其次才是地层。由于最好是保存地层的完整性。

4)大平面或物体表面的大小导体中连署腿的处置

在大平面或物体表面的大小的接地(电)中,常用元部件的腿与其连署,对连署腿的处置需求施行综合的思索问题,就电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的烧焊装配就存在一点不好隐患如:①烧焊需求大功率加热器;②容易导致虚焊点。

所以兼顾电气性能与工艺需求,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal),这么,可使在烧焊时因剖面不为己甚散热而萌生虚焊点的有可能性大大减损。多层板的接电(地)层腿的处置相同。

5)布线中网络系统的效用

在很多CAD系统中,布线是根据网络系统表决的。网格过密,通路固然有所增加,但步进太小,图场的数值量过大,这定然对设施的贮存空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有莫大的影响。

而有点通路是失效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的影响莫大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的施行。

标准元部件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础普通就定为0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

4、高频PCB预设技法和办法

(1)传道输送线拐角要认为合适而使用45°角,以减低回损。

(2)要认为合适而使用绝缘常数字按层级严明受控的高性能绝缘电路板。这种办法有帮助于对绝缘材料与邻近布线之间的电磁力场施行管用管理。

(3)要完备相关高精密度腐刻的PCB预设规范。要思索问题规定线宽总误差为+/-0.0007英寸、对布线式样的下切(undercut)和横切面施行管理并指定布线侧壁电镀条件。对布线(导线)几何式样和涂层外表施行总体管理,对解决与微波频率有关的趋肤效应问题及成功实现这些个规范相当关紧。

(4)冒尖引线存在抽头电感,要防止运用有引线的组件。高频背景下,最好运用外表安装组件。

(5)对信号过孔而言,要防止在敏锐板上运用过孔加工(pth)工艺,由于该工艺会造成过孔处萌生引线电感。

(6)要供给浩博的接地层。要认为合适而使用模型压成孔将这些个接地层连署起来避免3维电磁力场对电路板的影响。

(7)要挑选非电解镀镍或浸镀金工艺,不要认为合适而使用HASL法施行电镀。

(8)阻焊层可避免焊锡膏的流动。不过,因为厚度不确认性和绝缘性能的未知性,整个儿板外表都遮盖阻焊材料将会造成微带预设中的电磁力+羭縷的较大变动。普通认为合适而使用焊坝(solder dam)来作阻焊层的电磁力场。

这种事情状况下,我们管理着微带到同轴电缆之间的改换。在同轴电缆中,地线层是圆环交织的,况且间隔平均。在微带中,接地层在有源线之下。

这就引入了某些边缘效应,需在预设时理解、预先推测并加以思索问题。当然,这种不般配也会造成回损,务必极致减小这种不般配以防止萌生噪音和信号干扰。

5、电磁兼容性预设

电磁兼容性是指电子设施在各种电磁背景中仍能够协调、管用地施行办公的有经验。

电磁兼容性预设的目标是使电子设施既能制约各种外来的干扰,使电子设施在特别指定的电磁背景中能够正常办公,同时又能减损电子设施本身对其他电子设施的电磁干扰。

1)挑选合理的导线宽度:

因为瞬变电流在印制线条上所萌生的冲击干扰主要是由印制导线的电感成分导致的,因为这个应尽力减小印制导线的电感量。印制导线的电感量与其长度成正比,与其宽度成反比,故而短而精的导线对制约干扰是有帮助的。

报时的钟引线、行驱动器或总线驱动器的信号线每常载有大的瞬变电流,印制导线要尽有可能地短。对于分立元件电路,印制导线宽度在1.5mm左右时,即可绝对满意要求;对于集成电路,印制导线宽度可在0.2~1.0mm之间挑选。

2)认为合适而使用准确的布线策略:

认为合适而使用平等走线可以减损导线电感,但导线之间的互感和散布电容增加,假如布局准许,最好认为合适而使用井字形网状布线结构,具体作法是印制板的一面横向布线,另一面纵向布线,而后在交错孔处用金属化孔衔接。

3)为了制约印制板导线之间的串扰,在预设布线时应尽力防止长距离的平等走线:

尽有可能拉开线与线之间的距离,信号线与地线及电源线尽有可能不交错。在一点对干扰非常敏锐的信号线之间设置一根接地的印制线,可以管用地制约串扰。

4)为了防止高频信号经过印制导线时萌生的电磁辐射,在印制线路板布线时,还应注意以下几点:

(1)尽力减损印制导线的不蝉联性,例如导线宽度不要突变,导线的拐角应大于90度严禁环状走线等。

(2)报时的钟信号引线最容易萌生电磁辐射干扰,走线时应与地线回路相接近,驱动器应依偎连署器。

(3)总线驱动器应紧挨其欲驱动的总线。对于那一些离去印制线路板的引线,驱动器应紧依偎连署器。

(4)数值总线的布线应每两根信号线之间夹一根信号地线。最好是紧依偎最不关紧的地址引线安放地回路,由于后者常载有高频电流。
(5)在印制板安置高速、中速和低速思维规律电路时,应依照图1的形式排列部件。

5)制约反射干扰

为了制约显露出来在印制线条终端的反射干扰,除开特别需求以外,应尽有可能缩减印制线的长度和认为合适而使用慢速电路。不可缺少时可加终端般配,即在传道输送线的末端对地和电源端各加接一个相同阻值的般配电阻。

依据经验,对普通速度较快的TTL电路,其印制线条长于10cm以上时就应认为合适而使用终端般配处理办法。般配电阻的阻值应依据集成电路的输出驱动电流及借鉴电流的最大值来表决。

6)电路板预设过程中认为合适而使用差分信号线布线策略

布线十分接近的差分信号对互相之间也会相互紧急耦合,这种相互之间的耦合会减小EMI发射,一般(当然也有一点例外)差分信号也是高速信号,所以高速预设规则一般也都适合使用于差分信号的布线,尤其是预设传道输送线的信号线时更是这么。

这就意味着我们务必十分小心地预设信号线的布线,以保证信号线的特点标志阻抗沿信号线到处蝉联况且维持一个常数。

在差分线对的布局布线过程中,我们期望差分线对中的两个PCB电路板线绝对完全一样。

这就意味着,在实际应用中应当尽最大的尽力尽量来保证差分线对中的PCB电路板线具备一致的阻抗况且布线的长度也绝对完全一样。差分PCB电路板线一般老是成对布线,并且他们之间的距离沿线对的方向在恣意位置都维持为一个常数未变。一般事情状况下,差分线对的布局布线老是尽有可能地接近。

文章来自:www.ipcb.cn(爱彼电路)是高速高频线路板厂家,专业生产微波线路板,rogers高频板,罗杰斯电路板,陶瓷电路板,HDI多层电路板,FPC软硬结合板,盲埋孔电路板,铝基板,厚铜电路板

 

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