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射頻PCB的設計要點你知道多少

Wildesbeast ? 來源:21IC ? 作者:21IC ? 2020-12-12 11:04 ? 次閱讀

電子產品和設備中,電路板是一個不可缺少的部件,它起著電路系統的電氣機械等的連接作用。如何將電路中的元器件按照一定的要求,在PCB上排列組合起來,是PCB設計師的主要任務之一。布局設計不是簡單的將元器件在PCB上排列起來,或者電路得以連通就行的。實踐證明一個良好的電路設計,必須有合理的元器件布局,才能使電路系統在實體組合后達到穩定、可靠的工作。反之,如果元器件布局不合理,它將影響到電路板的工作性能,乃至不能工作。尤其是在廣泛采用集成器件的今天,如果集成電路仍用接線板的方式進行安裝,那么,不僅電路的體積龐大,而且無法穩定的進行工作。因此,在產品設計過程中,布局設計和電路設計前具有同樣重要的地位。

下面就射頻PCB設計注意事項做個簡單的介紹。

一、 布局注意事項

1) 結構設計要求

在PCB布局之前需要弄清楚產品的結構。結構需要在PCB板上體現出來(結構與PCB接觸部分,即腔殼位置及形狀)。比如腔殼的外邊厚度大小,中間隔腔的厚度大小,倒角半徑大小和隔腔上的螺釘大小等等(換句話說,結構設計是根據完成后的PCB上所畫的輪廓(結構部分)進行具體設計的(如果結構已批量開模具,就另當別論了))(螺釘類型有M2M2.5M3M4等)。一般情況,外邊腔厚度為4mm;內腔寬度為3mm(點膠工藝的為2mm);倒角半徑2.5mm。以PCB板的左下角為原點,隔腔在PCB上的位置需在格點0.5的整數倍上,最少需要做到格點為0.1的整數倍上。這樣有利于結構加工,誤差控制比較精確。當然,這需要根據具體產品的類型來設計。如下圖所示:(PCB設計完成后的結構輪廓圖)

2) 布局要求

優先對射頻鏈路進行布局,然后對其它電路進行布局。

射頻鏈路布局注意事項根據原理圖的先后順序(輸入到輸出,包括每個元件的先后位置和元件與元件之間的間距都有講究的。有的元件與元件之間距離不宜過大,比如π網。)進行布局,布局成“一”字形或者“L”形。具體如下圖所示:

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在實際的射頻鏈路布局中,因受產品的空間限制,不可能完全實現“一”字型布局,這就迫使我們將布局成“U”形。布局成U形并不是不可以,但需要在中間加隔腔將其左右進行隔離,做好屏蔽。至于為什么要做屏蔽我就不多講了。如下圖所示:

還有一種在橫向也需要添加隔腔。即,用隔腔把一字形左右進行隔離。這主要是因為需要隔離部分非常敏感或易干擾其它電路;另外,還有一種可能就是一字形輸入端到輸出端這段電路的增益過大,也需要用隔腔將其分開(若增益過大,腔體太大,可能會引起自激)。 如下圖所示:

芯片外圍電路布局

射頻器件外圍電路布局嚴格參照datasheet上面的要求進行布局,受空間限制可以進行調整(保證工藝要求的情況下,盡可能靠近芯片放置);數字芯片外圍電路布局就不多講了。

若結構有金屬底板,PCB與底板接觸面盡量不放元器件,避免在金屬底板上面開槽。

二、 布線注意事項

根據50歐姆阻抗線寬進行布線(一般都需要做隔層參考),盡量從焊盤中心出線,走線成直線,盡量走在表層。在需要拐彎的地方做成45度角或圓弧走線,推薦電容電阻兩邊的焊盤作為拐點。如果遇到器件走線匹配要求的,請嚴格按照datasheet上面的參考值長度及形狀走線。比如,一個放大管與電容之間的走線長度(或電感之間的走線長度)要求等等。如下圖所示:

在進行PCB設計時,為了使高頻電路板的設計更合理,抗干擾性能更好,應從以下幾方面考慮(通用做法):

1) 合理選擇層數

在PCB設計中對高頻電路板布線時,利用中間內層平面作為電源和地線層,可以起到屏蔽的作用,有效降低寄生電感、縮短信號線長度、降低信號間的交叉干擾。

2) 走線方式

走線必須按照45°角拐彎或圓弧拐彎,這樣可以減小高頻信號的發射和相互之間的耦合,及減小信號反射。

3) 走線長度

走線長度越短越好,兩根線并行距離越短越好。

4) 過孔數量

過孔數量越多越好。

5) 層間布線方向

層間布線方向應該取垂直方向,就是頂層為水平方向,底層為垂直方向,這樣可以減小信號間的干擾。

6) 敷銅

增加接地的敷銅可以減小信號間的干擾。

7) 包地

對重要的信號線進行包地處理,可以顯著提高該信號的抗干擾能力,當然還可以對干擾源進行包地處理,使其不能干擾其他信號。

8) 信號線

信號走線不能環路,需要按照菊花鏈方式布線。

三、 接地處理

1) 射頻鏈路接地

射頻部分采用多點接地方式進行接地處理。射頻鏈路鋪銅間隙一般20mil到40mil用的比較多。兩邊都需要打接地孔,且間距盡量保持一致。射頻通路上對地電容電阻的接地焊盤,盡量就近打接地孔。器件上的接地焊盤都需要打接地過孔。如下圖所示:

2) 腔殼接地孔

為了讓腔殼與PCB板之間更好的接觸。一般打兩排接地孔且交錯方式放置,如下圖所示。

PCB與隔腔接觸位置需要開窗,如下圖所示:

PCB底層接地銅皮與底板接觸的地方都需要開窗處理(該層信號線不允許開窗),使其更好的接觸。如下圖所示(PCB板的上半部分與底座接觸):

3) 螺釘放置(需要了解結構知識)

為了使PCB與底座和腔殼之間有更緊密的接觸(更好的屏蔽和散熱),需要在PCB板上放置螺釘孔位置。

PCB與腔殼之間螺釘放置方法:隔腔每個交叉的地方放置一個螺釘。在實際設計中,實現比較難,可以根據模塊電路功能進行適當調整。但不管怎樣,腔殼四個角上必須都有螺釘。如下圖所示:

PCB與底座之間的螺釘放置方法:腔殼中的每個小腔內都需要有螺釘,視腔大小而定螺釘數量(腔越大,放置的螺釘就多)。一般原則是在腔的對角上放置螺釘。SMA頭或其他連接器旁邊必須放置螺釘。在SMA頭或連接器在插拔過程中不致PCB板變形。如下圖所示(腔內螺釘):

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