基於射頻電路的PCB設計
發布時間:2012-12-04 責任編輯:sherryyu
【導讀】隨著通信技術的發展,手持無線射頻電(dian)路(lu)技(ji)術(shu)運(yun)用(yong)越(yue)來(lai)越(yue)廣(guang),其(qi)中(zhong)的(de)射(she)頻(pin)電(dian)路(lu)的(de)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)整(zheng)個(ge)產(chan)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)。而(er)掌(zhang)上(shang)產(chan)品(pin)小(xiao)型(xing)化(hua)使(shi)得(de)元(yuan)器(qi)件(jian)密(mi)度(du)大(da),相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)突(tu)出(chu),會(hui)嚴(yan)重(zhong)削(xue)弱(ruo)產(chan)品(pin)的(de)性(xing)能(neng)。這(zhe)樣(yang)如(ru)何(he)抑(yi)製(zhi)防(fang)止(zhi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)提(ti)高(gao)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)就(jiu)成(cheng)為(wei)射(she)頻(pin)電(dian)路(lu)PCB的重要方麵。
本文就如何最大限度地實現電路的性能指標,以達到電磁兼容要求,在Protel99 SE軟件進行掌上產品射頻電路PCB的設計。

圖1 射頻電路PCB板
1、板材的選擇
印刷電路板的基材包括有機類與無機類兩大類。基材中最重要的性能是介電常數εr、耗散因子(或稱介質損耗)tanδ、熱膨脹係數CET和吸濕率。其中εr影響電路阻抗及信號傳輸速率。對於高頻電路,介電常數公差是首要考慮的更關鍵因素,應選擇介電常數公差小的基材。
2、PCB設計流程
由於Protel99 SE軟件的使用與Protel 98等軟件不同,因此,首先簡要討論采用Protel99 SE軟件進行PCB設計的流程。
①由於Protel99 SE采用的是工程(PROJECT)數據庫模式管理,在Windows 99下是隱含的,所以應先鍵立1個數據庫文件用於管理所設計的電路原理圖與PCB版圖。
②原理圖的設計。為了可以實現網絡連接,在進行原理設計之間,所用到的元器件都必須在元器件庫中存在,否則,應在SCHLIB中做出所需的元器件並存入庫文件中。然後,隻需從元器件庫中調用所需的元器件,並根據所設計的電路圖進行連接即可。
③原理圖設計完成後,可形成一個網絡表以備進行PCB設計時使用。
④PCB的設計。
a、PCB外形及尺寸的確定。根據所設計的PCB在產品的位置、空間的大小、形狀以及與其它部件的配合來確定PCB的外形與尺寸。在MECHANICAL LAYER層用PLACE TRACK命令畫出PCB的外形。
b、根據SMT的要求,在PCB上製作定位孔、視眼、參考點等。
c、元器件的製作。假如需要使用一些元器件庫中不存在的特殊元器件,則在布局之前需先進行元器件的製作。在Protel99 SE中製作元器件的過程比較簡單,選擇“DESIGN”菜單中的“MAKE LIBRARY”命令後就進入了元器件製作窗口,再選擇“TOOL”菜單中的“NEW COMPONENT”命令就可以進行元器件的設計。這時隻需根據實際元器件的形狀、大小等在TOP LAYER層以PLACE PAD等命令在一定的位置畫出相應的焊盤並編輯成所需的焊盤(包括焊盤形狀、大小、內徑尺寸及角度等,另外還應標出焊盤相應的引腳名),然後以PLACE TRACK命令在TOP OVERLAYER層中畫出元器件的最大外形,取一個元器件名存入元器件庫中即可。
d、元器件製作完成後,進行布局及布線,這兩部分在下麵具體進行討論。
e、以(yi)上(shang)過(guo)程(cheng)完(wan)成(cheng)後(hou)必(bi)須(xu)進(jin)行(xing)檢(jian)查(zha)。這(zhe)一(yi)方(fang)麵(mian)包(bao)括(kuo)電(dian)路(lu)原(yuan)理(li)的(de)檢(jian)查(zha),另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)還(hai)必(bi)須(xu)檢(jian)查(zha)相(xiang)互(hu)間(jian)的(de)匹(pi)配(pei)及(ji)裝(zhuang)配(pei)問(wen)題(ti)。電(dian)路(lu)原(yuan)理(li)的(de)檢(jian)查(zha)可(ke)以(yi)人(ren)工(gong)檢(jian)查(zha),也(ye)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)網(wang)絡(luo)自(zi)動(dong)檢(jian)查(zha)(原理圖形成的網絡與PCB形成的網絡進行比較即可)。
f、檢查無誤後,對文件進行存檔、輸出。在Protel99 SE中必須使用“FILE”選項中的“EXPORT”命令,把文件存放到指定的路徑與文件中(“IMPORT”命令則是把某一文件調入到Protel99 SE中)。
3、元器件的布局
由於SMT一般采用紅外爐熱流焊來實現元器件的焊接,因而元器件的布局影響到焊點的質量,進而影響到產品的成品率。而對於射頻電路PCB設she計ji而er言yan,電dian磁ci兼jian容rong性xing要yao求qiu每mei個ge電dian路lu模mo塊kuai盡jin量liang不bu產chan生sheng電dian磁ci輻fu射she,並bing且qie具ju有you一yi定ding的de抗kang電dian磁ci幹gan擾rao能neng力li,因yin此ci,元yuan器qi件jian的de布bu局ju還hai直zhi接jie影ying響xiang到dao電dian路lu本ben身shen的de幹gan擾rao及ji抗kang幹gan擾rao能neng力li,這zhe也ye直zhi接jie關guan係xi到dao所suo設she計ji電dian路lu的de性xing能neng。因yin此ci,在zai進jin行xing射she頻pin電dian路luPCB設計時除了要考慮普通PCB設計時的布局外,主要還須考慮如何減小射頻電路中各部分之間相互幹擾、如何減小電路本身對其它電路的幹擾以及電路本身的抗幹擾能力。
根據經驗,對於射頻電路效果的好壞不僅取決於射頻電路板本身的性能指標,很大部分還取決於與CPU處理板間的相互影響,因此,在進行PCB設計時,合理布局顯得尤為重要。 布局總原則:元器件應盡可能同一方向排列,通過選擇PCB進入熔錫係統的方向來減少甚至避免焊接不良的現象;根據經驗元器件間最少要有0.5mm的間距才能滿足元器件的熔錫要求,若PCB板的空間允許,元器件的間距應盡可能寬。對於雙麵板一般應設計一麵為SMD及SMC元件,另一麵則為分立元件。
布局中應注意: *首先確定與其它PCB板或係統的接口元器件在PCB板上的位置,必須注意接口元器件間的配合問題(如元器件的方向等)。
a、因(yin)為(wei)掌(zhang)上(shang)用(yong)品(pin)的(de)體(ti)積(ji)都(dou)很(hen)小(xiao),元(yuan)器(qi)件(jian)間(jian)排(pai)列(lie)很(hen)緊(jin)湊(cou),因(yin)此(ci)對(dui)於(yu)體(ti)積(ji)較(jiao)大(da)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian),必(bi)須(xu)優(you)先(xian)考(kao)慮(lv),確(que)定(ding)出(chu)相(xiang)應(ying)位(wei)置(zhi),並(bing)考(kao)慮(lv)相(xiang)互(hu)間(jian)的(de)配(pei)合(he)問(wen)題(ti)。
b、認真分析電路結構,對電路進行分塊處理(如高頻放大電路、混頻電路及解調電路等),jinkenengjiangqiangdianxinhaoheruodianxinhaofenkai,jiangshuzixinhaodianluhemonixinhaodianlufenkai,wanchengtongyigongnengdedianluyingjinlianganpaizaiyidingdefanweizhinei,congerjianxiaoxinhaohuanlumianji;各部分電路的濾波網絡必須就近連接,這樣不僅可以減小輻射,而且可以減少被幹擾的幾率,根據電路的抗幹擾能力。
c、根據單元電路在使用中對電磁兼容性敏感程度不同進行分組。對於電路中易受幹擾部分的元器件在布局時還應盡量避開幹擾源(比如來自數據處理板上CPU的幹擾等)。
4、布線
在基本完成元器件的布局後,就可開始布線了。
布線的基本原則為:在組裝密度許可情況下後,盡量選用低密度布線設計,並且信號走線盡量粗細一致,有利於阻抗匹配。 對於射頻電路,信號線的走向、寬度、線間距的不合理設計,可能造成信號信號傳輸線之間的交叉幹擾;另外,係統電源自身還存在噪聲幹擾,所以在設計射頻電路PCB時一定要綜合考慮,合理布線。 布線時,所有走線應遠離PCB板的邊框(2mm左右),以免PCB板製作時造成斷線或有斷線的隱患。電源線要盡中能寬,以減少環路電阻,同時,使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致,以提高抗幹擾能力;所布信號線應盡可能短,並盡量減少過孔數目;各元器件間的連線越短越好,以減少分布參數和相互間的電磁幹擾;對於不相容的信號線應量相互遠離,而且盡量避免平行走線,而在正向兩麵的信號線應用互垂直;布線時在需要拐角的地址方應以135°角為宜,避免拐直角。 布線時與焊盤直接相連的線條不宜太寬,走線應盡量離開不相連的元器件,以免短路;過孔不腚畫在元器件上,且應盡量遠離不相連的元器件,以免在生產中出現虛焊、連焊、短路等現象。 在射頻電路PCB設計中,電源線和地線的正確布線顯得尤其重要,合理的設計是克服電磁幹擾的最重要的手段。PCB上相當多的幹擾源是通過電源和地線產生的,其中地線引起的噪聲幹擾最大。 地di線xian容rong易yi形xing成cheng電dian磁ci幹gan擾rao的de主zhu要yao原yuan因yin於yu地di線xian存cun在zai阻zu抗kang。當dang有you電dian流liu流liu過guo地di線xian時shi,就jiu會hui在zai地di線xian上shang產chan生sheng電dian壓ya,從cong而er產chan生sheng地di線xian環huan路lu電dian流liu,形xing成cheng地di線xian的de環huan路lu幹gan擾rao。當dang多duo個ge電dian路lu共gong用yong一yi段duan地di線xian時shi,就jiu會hui形xing成cheng公gong共gong阻zu抗kang耦ou合he,從cong而er產chan生sheng所suo謂wei的de地di線xian噪zao聲sheng。
因此,在對射頻電路PCB的地線進行布線時應該做到:
首先,對電路進行分塊處理,射頻電路基本上可分成高頻放大、混頻、解調、本振等部分,要為各個電路模塊提供一個公共電位參考點即各模塊電路各自的地線,這樣信號就可以在不同的電路模塊之間傳輸。
然後,彙總於射頻電路PCB接入地線的地方,即彙總於總地線。由於隻存在一個參考點,因此沒有公共阻抗耦合存在,從而也就沒有相互幹擾問題。
數字區與模擬區盡可能地線進行隔離,並且數字地與模擬地要分離,最後接於電源地。
在各部分電路內部的地線也要注意單點接地原則,盡量減小信號環路麵積,並與相應的濾波電路的地址就近相接。
在空間允許的情況下,各模塊之間最好能以地線進行隔離,防止相互之間的信號耦合效應。
5、結論
射頻電路PCB設計的關鍵在於如何減少輻射能力以及如何提高抗幹擾能力,合理的布局與布線是設計射頻電路PCB的保證。文中所述方法有利於提高射頻電路PCB設計的可靠性,解決好電磁幹擾問題,進而達到電磁兼容的目的。
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