RF PCB的十條標準

凡億PCB · 發(fā)表于 2013-8-7 09:15:51

1）小功率的RF的pcb設(shè)計中，主要使用標準的FR4材料（絕緣特性好、材質(zhì)均勻、介電常數(shù)ε=4，10%）。主要使用4層~6層板，在成本非常敏感的情況下可以使用厚度在1mm以下的雙面板，要保證反面是一個完整的地層，同時由于雙面板的厚度在1mm以上，使得地層和信號層之間的FR4介質(zhì)較厚，為了使得RF信號線阻抗達到50歐，往往信號走線的寬度在2mm左右，使得板子的空間分布很難控制。對于四層板，一般情況下頂層只走RF信號線，第二層是完整的地，第三層是電源，底層一般走控制RF器件狀態(tài)的數(shù)字信號線（比如設(shè)定ADF4360系列PLL的clk、data、LE信號線。）第三層的電源最好不要做成一個連續(xù)的平面，而是讓各個RF器件的電源走線呈星型分布，最后接于一點。第三層RF器件的電源走線不要和底層的數(shù)字線有交叉。

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1 p& Q F3 f/ m 2）對于一個混合信號的PCB，RF部分和模擬部分應(yīng)當遠離數(shù)字數(shù)字部分（這個距離通常在2cm以上，至少保證1cm），數(shù)字部分的接地應(yīng)當與RF部分分隔開。嚴禁使用開關(guān)電源直接給RF部分供電。主要在于開關(guān)電源的紋波會將RF部分的信號調(diào)制。這種調(diào)制往往會嚴重破壞射頻信號，導(dǎo)致致命的結(jié)果。通常情況下，對于開關(guān)電源的輸出，可以經(jīng)過大的扼流圈，以及π濾波器，再經(jīng)過線性穩(wěn)壓的低噪音LDO（Micrel的MIC5207、MIC5265系列，對于高電壓，大功率的RF電路，可以考慮使用 LM1085、LM1083等）得到供給RF電路的電源。

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" l' }% I: z1 @/ { 3）RF的PCB中，各個元件應(yīng)當緊密的排布，確保各個元件之間的連線最短。對于ADF4360-7的電路，在pin-9、pin-10引腳上的VCO電感與ADF4360芯片間的距離要盡可能的短，保證電感與芯片間的連線帶來的分布串聯(lián)電感最小。對于板子上的各個RF器件的地（GND）引腳，包括電阻、電容、電感與地（GND）相接的引腳，應(yīng)當在離引腳盡可能近的地方打過孔與地層（第二層）連通。

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5 K ~) b$ ^. r7 k! [! d 4）在選擇在高頻環(huán)境下工作元器件時，盡可能使用表貼器件。這是因為表貼元件一般體積小，元件的引腳很短。這樣可以盡可能減少元件引腳和元件內(nèi)部走線帶來的附加參數(shù)的影響。尤其是分立的電阻、電容、電感元件，使用較小的封裝（0603\0402）對提高電路的穩(wěn)定性、一致性是非常有幫助的；

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. S) Y. @8 g# [2 u 5）在高頻環(huán)境下工作的有源器件，往往有一個以上的電源引腳，這個時候一定要注意在每個電源的引腳附近（1mm左右）設(shè)置單獨的去偶電容，容值在100nF左右。在電路板空間允許的情況下，建議每個引腳使用兩個去偶電容，容值分別為1nF和100nF。一般使用材質(zhì)為X5R或者X7R的陶瓷電容。對于同一個RF有源器件，不同的電源引腳可能為這個器件（芯片）中不同的官能部分供電，而芯片中的各個官能部分可能工作在不同的頻率上。比如ADF4360有三個電源引腳，分別為片內(nèi)的VCO、PFD以及數(shù)字部分供電。這三個部分實現(xiàn)了完全不同的功能，工作頻率也不一樣。一旦數(shù)字部分低頻率的噪音通過電源走線傳到了VCO部分，那么VCO輸出頻率則可能被這個噪音調(diào)制，出現(xiàn)難以消除的雜散。為了防止這樣的情況出現(xiàn)，在有源RF器件的每個官能部分的供電引腳除了使用單獨的去偶電容外，還必須經(jīng)過一個電感磁珠（10uH左右）再連到一起。這種設(shè)計對于那些包含了LO緩沖放大和RF緩沖放大的有源混頻器LO-RF、LO-IF的隔離性能的提升是非常有利的。

6）對于PCB上RF信號的饋入、饋出，一定要使用專門的RF同軸連接器。其中最為常用的是SMA型的連接器。對于SMA的連接器而言，又分為直插式的和微帶式的。對于頻率在3GHz以下的信號，而且信號的功率不大，并且我們不計較微弱的插損，則完全可以使用直插式的SMA連接器。如果信號的頻率進一步提高，則我們需要慎重選擇RF連接線材以及RF的連接器。此時直插式的SMA連接器由于其結(jié)構(gòu)（主要是拐彎）可能會導(dǎo)致比較大的信號插損。此時可以使用質(zhì)量較好（關(guān)鍵在于連接器所使用了PTFE絕緣子材料）的微帶SMA連接器來解決問題。同樣如果你的頻率不高，但是苛求插損、功率等方面的指標，同樣可以考慮微帶 SMA連接器。另外小型的RF連接器還有SMB、SMC等型號，對于SMB連接器而言，一般這一類連接器只支持2GHz以下的信號傳輸，而且SMB連接器采用的卡扣結(jié)構(gòu)在高振動場合會出現(xiàn)“閃斷”的情況。所以在選擇SMB連接器時要慎重考慮。多數(shù)的RF連接器都有500次插拔限制，插拔過于頻繁可能永久損壞連接器，所以在調(diào)試RF電路的時候就不要把RF連接器當螺絲擰著玩了。由于SMB的PCB座的部分是針式結(jié)構(gòu)（公），所以頻繁插拔對焊在PCB一端的連接器損耗相對較小，降低了維修的難度，所以在這樣的情況下SMB連接器也是一種不錯的選擇。另外對于那些對空間要求極高的場合，還有GDR一類的微型連接器供選擇。對于那些阻抗即便不是50歐、低頻率、小信號、精密直流等模擬信號或者數(shù)字部分的高頻時鐘、低抖動時鐘、高速串行信號等數(shù)字信號都可以使用 SMA作為饋出饋入的連接器。

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+ k- }' f/ ~; r4 E/ y 7）在設(shè)計RF PCB的時候，對于RF信號的走線的寬度是有嚴格的規(guī)定的。設(shè)計的時候要根據(jù)PCB的厚度和介電常數(shù)需要嚴格計算、仿真走線在對應(yīng)的頻點上的阻抗，以確保其為50歐（CATV的標準為75歐）。然而，并不是時時刻刻我們都需要嚴格的阻抗匹配，在某些情況下，較小的阻抗失配可能無關(guān)大礙（比如40歐~60 歐）；而且，即便你對板子的仿真是基于理想情況下做的，實際交給PCB廠生產(chǎn)的時候，廠商所使用的工藝會導(dǎo)致板子的實際阻抗和仿真結(jié)果相差千里。所以對于小信號RF PCB的阻抗匹配這樣的問題，我的建議是：Step-1: 和PCB廠適當溝通，獲得對應(yīng)厚度、對用層數(shù)的板子50歐走線的寬度范圍；Step-2: 在這個寬度范圍內(nèi)選擇一個合適的寬度統(tǒng)一應(yīng)用在所有50歐的RF信號線上；Step-3: 在PCB 交付生產(chǎn)的時候，在Script上注明所有這個寬度的線做50歐阻抗匹配。此時就不需要啰里八嗦的指出一大堆需要做阻抗匹配的線了（而對于pcb生產(chǎn)廠而言，他們會在你所設(shè)計的PCB外延以拼版的形勢制作一個阻抗條，在出廠的時候測試一個阻抗條上的一個對應(yīng)寬度的樣本走線的阻抗來大致確定板子上同樣寬度走線的阻抗。最后這個阻抗條被PCB廠切下并回收，而不會被你看到）。而不同的頻率，同一寬度的線所表現(xiàn)出的阻抗會略有不同，但是這個差別一般在10%以內(nèi)。當然你也可以編寫一個很復(fù)雜的阻抗設(shè)定腳本，讓紙板廠根據(jù)他們的工藝微調(diào)不同頻率上工作的走線的寬度使得其阻抗被嚴格的設(shè)定為50歐，然后要求PCB 廠對每一根線做篩選。這樣做導(dǎo)致成本呈對數(shù)上升，而且會產(chǎn)生大量的廢品率；而且在這樣的PCB實裝完畢后由于焊錫分布以及RF元件自身的因素仍然會導(dǎo)致阻抗的偏差。這樣的情況是極為少見的，因為即便是精密的RF測試測量儀器，RF小信號的走線阻抗的微弱失配（5%以內(nèi)）帶來的誤差可以很輕易的被軟件校正；而對于相對粗糙的通信機而言，就更不必在意那5%的差別了。但我要強調(diào)的是，對于LNA（低噪放）和PA（功放）部分的RF電路而言，RF走線的阻抗問題則非常敏感，但所幸的是無論是LNA電路還是PA電路，走線上的頻率一定是一樣的，而且走線數(shù)量少（無非也就輸入和輸出兩個節(jié)點）。此時我建議在敏感場合，LNA和PA單獨做板，使用介質(zhì)介電常數(shù)分布均勻的高品質(zhì)RF專用的PCB板材（Rogers/Arlon/Taconics），在RF信號線部分不使用阻焊油（也稱綠油），避免阻焊帶來阻抗的漂移；并且要求PCb制板廠提供阻抗測試報告。因為LNA電路的輸入部分本身的信號功率已經(jīng)非常�。�-150dBm以下），阻抗失配帶來的插損進一步降低了寶貴的信號強度；對于PA電路而言，由于其工作在很高的功率，阻抗失配帶來的插損可以消耗很大的能量（比較一下，插損同為1dB：10dBm信號衰減為9dBm 和50dBm衰減為49dBm所消耗的能量的差別，呵呵，后者可以產(chǎn)生20W的熱量）在一些功率上千瓦的PA中，1dB的插損可能帶來火光四濺的效果.

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8）對于那些在PCB上實現(xiàn)那些在ADS、 HFSS等仿真工具里面仿真生成的RF微帶電路，尤其是那些定向耦合器、濾波器（PA的窄帶濾波器）、微帶諧振腔（比如你在設(shè)計VCO）、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)等等，則一定要好好的與PCB廠溝通，使用厚度、介電常數(shù)等指標嚴格和仿真時所使用的指標一致的板材。最好的解決辦法是自己找微波PCB板材的代理商購買對應(yīng)的板材，然后委托PCB廠加工。

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9）在RF電路中，我們往往會用到晶體振蕩器作為頻標，這種晶振可能是TCXO、OCXO或者普通的晶振。對于這樣的晶振電路一定要遠離數(shù)字部分，而且使用專門的低噪音供電系統(tǒng)。而更重要的是晶振可能隨著環(huán)境溫度的變化產(chǎn)生頻率飄移，對于TCXO和OCXO而言，仍然會出現(xiàn)這樣的情況，只是程度小了一些而已。尤其是那些貼片的小封裝的晶振產(chǎn)品，對環(huán)境溫度非常敏感。對于這樣的情況，我們可以在晶振電路上加金屬蓋（不要和晶振的封裝直接接觸），來降低環(huán)境溫度的突然變化導(dǎo)致晶振的頻率的漂移。當然這樣會導(dǎo)致體積和成本上的提升.

資料來源：網(wǎng)絡(luò)