案例图解:射频PCB设计的几个要点

元器件布局

在电子产品和设备中,电路板是一个不可缺少的部件,它起着电路系统的电气和机械等的连接作用。如何将电路中的元器件按照一定的要求,在PCB上排列组合起来,是PCB设计师的主要任务之一。布局设计不是简单的将元器件在PCB上排列起来,或者电路得以连通就行的。实践证明一个良好的电路设计,必须有合理的元器件布局,才能使电路系统在实体组合后达到稳定、可靠的工作。反之,如果元器件布局不合理,它将影响到电路板的工作性能,乃至不能工作。尤其是在广泛采用集成器件的今天,如果集成电路仍用接线板的方式进行安装,那么,不仅电路的体积庞大,而且无法稳定的进行工作。因此,在产品设计过程中,布局设计和电路设计前具有同样重要的地位。

下面就射频PCB设计注意事项做个简单的介绍。

一、布局注意事项

1、 结构设计要求

在PCB布局之前需要弄清楚产品的结构。结构需要在PCB板上体现出来(结构与PCB接触部分,即腔壳位置及形状)。比如腔壳的外边厚度大小,中间隔腔的厚度大小,倒角半径大小和隔腔上的螺钉大小等等,换句话说,结构设计是根据完成后的PCB上所画的轮廓(结构部分)进行具体设计的(如果结构已批量开模具,就另当别论了)。螺钉类型有M2\M2.5\M3\M4等。一般情况,外边腔厚度为4mm;内腔宽度为3mm(点胶工艺的为2mm);倒角半径2.5mm。以PCB板的左下角为原点,隔腔在PCB上的位置需在格点0.5的整数倍上,最少需要做到格点为0.1的整数倍上。这样有利于结构加工,误差控制比较精确。当然,这需要根据具体产品的类型来设计。如图1-2所示:(PCB设计完成后的结构轮廓图)

“图1”
图1

“图2”
图2

2、 布局要求

优先对射频链路进行布局,然后对其它电路进行布局。

① 射频链路布局注意事项

根据原理图的先后顺序(输入到输出,包括每个元件的先后位置和元件与元件之间的间距都有讲究的。有的元件与元件之间距离不宜过大,比如π网。)进行布局,布局成“一”字形或者“L”形。具体如图3-4所示:

“”

“图3”
图3

“图4”
图4

在实际的射频链路布局中,因受产品的空间限制,不可能完全实现“一”字型布局,这就迫使我们布局成“U”形。布局成U形并不是不可以,但需要在中间加隔腔将其左右进行隔离,做好屏蔽。至于为什么要做屏蔽我就不多讲了。U型布局如图5所示:

“图5”
图5

还有一种在横向也需要添加隔腔。即,用隔腔把一字形左右进行隔离。这主要是因为需要隔离部分非常敏感或易干扰其它电路;另外,还有一种可能就是一字形输入端到输出端这段电路的增益过大,也需要用隔腔将其分开(若增益过大,腔体太大,可能会引起自激)。如图6所示:

“图6”
图6

② 芯片外围电路布局注意事项

射频器件外围电路布局严格参照datasheet上面的要求进行布局,受空间限制可以进行调整(保证工艺要求的情况下,尽可能靠近芯片放置);数字芯片外围电路布局就不多讲了。

若结构中有金属底板,PCB与底板接触面尽量不放元器件,避免在金属底板上面开槽。

“图7”
图7

二、布线注意事项

根据50欧姆阻抗线宽进行布线(一般都需要做隔层参考),尽量从焊盘中心出线,走线成直线,尽量走在表层。在需要拐弯的地方做成45度角或圆弧走线,推荐将电容或电阻两边的焊盘作为拐点。如果遇到器件走线匹配要求的,请严格按照datasheet上面的参考长度及形状走线。比如,一个放大管与电容之间的走线长度(或电感之间的走线长度)要求等等。如图8-9所示:

“图8”
图8

“图9”
图9

在进行PCB设计时,为了使高频电路板的设计更合理,抗干扰性能更好,应从以下几方面考虑:

通用做法

  • 合理选择层数:在PCB设计中对高频电路板布线时,利用中间内层平面作为电源和地线层,可以起到屏蔽的作用,有效降低寄生电感、缩短信号线长度、降低信号间的交叉干扰。
  • 走线方式:走线必须按照45°角拐弯或圆弧拐弯,这样可以减小高频信号的发射和相互之间的耦合,及减小信号反射。
  • 走线长度:走线长度越短越好,两根线并行距离越短越好。
  • 过孔数量:过孔数量越多越好。
  • 层间布线方向:层间布线方向应该取垂直方向,就是顶层为水平方向,底层为垂直方向,这样可以减小信号间的干扰。
  • 敷铜:增加接地的敷铜可以减小信号间的干扰。
  • 包地:对重要的信号线进行包地处理,可以显著提高该信号的抗干扰能力,当然还可以对干扰源进行包地处理,使其不能干扰其他信号。
  • 信号线:信号走线不能环路,需要按照菊花链方式布线。

三、接地处理

1、射频链路接地

射频部分采用多点接地方式进行接地处理。射频链路铺铜间隙一般20mil到40mil用的比较多。两边都需要打接地孔,且间距尽量保持一致。射频通路上对地电容电阻的接地焊盘,尽量就近打接地孔。器件上的接地焊盘都需要打接地过孔。如图10所示:

“图10”
图10

2、腔壳接地孔

为了让腔壳与PCB板之间更好的接触。一般打两排接地孔且交错放置,如图11所示。

“图11”
图11

3、螺钉放置(需要了解结构知识)

为了使PCB与底座和腔壳之间有更紧密的接触(更好的屏蔽和散热),需要在PCB板上放置螺钉孔位置。

PCB与腔壳之间螺钉放置方法:隔腔每个交叉的地方放置一个螺钉。在实际设计中,实现比较难,可以根据模块电路功能进行适当调整。但不管怎样,腔壳四个角上必须都有螺钉。如图12-13所示:

“图12”
图12

“图13”
图13

PCB与底座之间的螺钉放置方法:腔壳中的每个小腔内都需要有螺钉,视腔大小而定螺钉数量(腔越大,放置的螺钉就越多)。一般原则是在腔的对角上放置螺钉。SMA头或其他连接器旁边必须放置螺钉。在SMA头或连接器插拔过程中不致PCB板变形。如图14所示(腔内螺钉):

“图14”
图14

本文转载自:射频百花谭
作者:lap 20130624
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