射频电路PCB布局技巧

Royliang

对于射频工作者来说，射频电路中有许多技巧需要掌握，，掌握这些技巧可以在电路设计中更加得心应手。因为射频（RF）电路是分布参数电路，电路实际工作中容易出现集肤效应和耦合效应，所以在实际PCB设计中，会发现电路中的干扰辐射难以控制，如：数字电路与模拟电路的相互干扰、电源的噪声干扰、地线不合理造成的干扰等。正因如此，在PCB设计过程中如何权衡利弊，找到合适的折衷方案，以减少这些干扰尽可能多地，甚至避免某些电路的干扰，是RF PCB设计成败的关键。今天我们从PCB LAYOUT的角度，提供了一些处理技巧，对提高射频电路的抗干扰能力有很大的帮助。

一、RF布局
我们这里讨论的是多层板的元件布局。元器件布局的关键在于将元器件固定在射频路径上。通过调整其方向，使射频路径的长度最小化，输入远离输出，尽量将大功率电路和小功率电路分开。信号远离高速数字信号和射频信号。

布局中经常使用以下技术。
1.1 单行布局
射频主信号的分量尽量直线排列，如图1所示。但由于PCB板和腔体空间的限制，很多情况下不能直线排列。这时候可以采用L型布局。最好不要使用 U 型布局（如图 2 所示）。当不可避免时，最好将输入和输出之间的距离增加到至少1.5cm。

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另外，在使用L型或U型布局时，拐点不要一进入界面就拐弯，如图3左图，而是稍微直线后，右图在图 3 中。

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1.2 相同或对称布局
相同的模块应尽可能做成相同布局或对称布局，如图4和图5所示。

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1.3 十字形布局
偏置电路的馈电电感垂直于RF通道放置，如图6所示，主要是为了避免电感器件之间的互感。

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1.4 45°布局
为合理利用空间，可将器件按45度方向排列，使射频线路尽可能短，如图7所示。

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二、射频布线
对布线的总体要求是：射频信号走线短而直，减少线路突变，少钻孔，不与其他信号线相交，在射频信号线周围增加尽可能多的接地过孔。
以下是一些常用的优化方法：
2.1 渐变线处理
在射频线宽远大于IC器件管脚宽度的情况下，接触芯片的线宽采用渐变的方式，如图8所示。

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2.2 圆弧线加工
如果射频线不能笔直，则将其视为弧线，这样可以减少射频信号的外辐射和相互耦合。实验表明，将传输线的拐角弯成直角，可以最大限度地减少回波损耗。如图 9 所示。

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2.3 地线和电源
地线应尽可能粗。如果可能的话，PCB的每一层都应该尽可能地接地，并且地线应该连接到主地线。应制作更多的接地过孔，以尽可能降低接地阻抗。
射频电路的电源尽量不要分平面。整个电源层不仅增加了电源层对射频信号的辐射，而且容易受到射频信号的干扰。所以电源线或平面一般采用长条形，根据电流大小进行加工。在满足当前容量的前提下尽量加厚，但不能无限加宽。处理电源线时，一定要避免环路。
电源线和地线的方向必须与射频信号的方向平行，但不能重叠。最好在有十字架的地方使用垂直十字架。


2.4 交叉处理
如果可能，RF 信号和 IF 信号应与地交叉。当射频信号与其他信号走线交叉时，尽量沿着它们之间的射频走线布置一层与主地相连的地。如果不可能，请确保它们已交叉。这里的其他信号走线还包括电源线。

2.5 共面阻抗
射频信号、干扰源、敏感信号等重要信号的共面阻抗，既能提高信号的抗干扰能力，又能降低信号对其他信号的干扰。如图 10 所示。

2.6 铜箔处理
铜箔加工要求光滑，不允许有长线或尖角。如果无法避免，则在尖角、细长的铜箔或铜箔的边缘填上几个接地过孔。

2.7 间距
射频线距离相邻接地层的边缘必须至少有 3W 宽，并且在 3W 范围内不得有非接地过孔。
同层射频线应具有共面阻抗，并应在地铜上加地过孔。孔间距应小于信号频率对应波长（λ）的1/20，并应均匀排列。

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三、空洞处理
对于整个射频电路来说，不同模块的射频单元应该用空腔进行隔离，尤其是敏感电路和强辐射源之间。在大功率多级放大器中，级间的隔离也应得到保证。
整个电路的支路放好后，就是屏蔽腔的处理了。屏蔽腔的处理有以下几点：
整个屏蔽腔应尽量做成规则的形状，以利于铸造。尽量使每个屏蔽腔为矩形，避免方形屏蔽腔。
屏蔽腔的拐角为圆弧形，屏蔽金属腔一般采用铸造成型。弧形边角便于铸造时的拔模。如图 12 所示。

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屏蔽腔外围是密封的，进入腔体的接口线一般为带状线或微带线在空腔的边角处放置3mm的金属化孔以固定屏蔽壳，并在每个长空腔上均匀放置相同的金属化孔以加强支撑。
空腔通常是开窗的，以便于屏蔽壳的焊接。型腔一般厚度大于2mm，型腔内增加2排开窗孔屏。过孔是交错的。同一排过孔之间的距离为150MIL。

四、结论
在射频电路PCB的设计中，降低电路辐射，从而提高抗干扰能力非常重要。但是在实际布局布线中，一些问题的处理是相互矛盾的，如何找到一个折中点来优化整个射频电路的整体性能，是设计人员必须考虑的问题。本文总结了工作中的一些设计经验，有助于提高射频电路PCB的抗干扰能力，希望对射频电路设计的初学者有所帮助。


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文章转自射频电路信号链公众号

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