RF技术案典_降低干扰信号耦合的RF-PCB设计原则

happy2000

一．RF-PCB设计所面临的主要问题

    在网络技术蓬勃发展的今天，另一关键领域越来越受到人们的关注，那就是无线电技术。网络技术的纵向延伸，实质上就是高速无线接入网技术。对于诸如网络协议（如用户管理、登记、漫游、无线电空中接口、系统多址方式、双工方式等等），通常由世界级财团控制其发展方向，尽管常常出现不尽合理的走向，但也不是通常工程技术人员所能改变的。这在新经济时代是非常明显的事实。
    然而，无线网络（包括各类无线接入网、无线环及非常虚的无线互联网）最终将需要各类优秀的RF设备予以支持，包括各类基站设备（如蓝牙设备、GSM、CDMA等）、无绳电话（如DECT、PHS、SST等）、蜂窝电话（GSM、CDMA等）、数字集群、双向寻呼。所谓优秀的RF设备，包含两类含义：其一，其基带部分的工作机理符合先进的相关无线通讯协议；其二，其RF部分具有优秀的性能。而具有优秀性能的RF电路，也有两重含义：其一，采用最新高品质的射频处理器件，使RF信号在发射、接收及处理过程中能高质量地进行并满足基带以后的网路对信息在速率方面的要求；其二，在RF-PCB设计中，保证信号从一个功能模块到另一个功能模块过程中，以理想的输出和输入信号形式完成环节的衔接。这个环节衔接保证方面所涉及的一切，就是本文所要体现的方面——《降低干扰信号耦合的RF-PCB设计原则》。
    RF电路板的设计是最令设计工程师感到头疼的部分。在笔者的设计工作中，涉及到典型低频模拟、低频数字、高频数字、60MHz到1.9GHz的射频，应用领域则从典型的点-点无线通信收发器、寻呼发射机与接收机（BP机）、无绳电话（包括扩频方式的SST）、GSM手机。长期的设计工作中所遇到的问题，是难以用语言详细描述的。例如，当典型低频电路中使用了一些非线性器件，若处理不当，则完全可能诞生具有RF性质的环节。设计数字电路中，更需要当心——由于数字信号包含有非常广泛的频谱，随着工作主频的提高，也会由于处理不当或在恶劣的电磁环境下诞生具有RF性质的环节。它们都是典型的干扰源。
    通常情况下，对于微波以下频段的电路（包括低频和低频数字电路），在全面掌握各类设计原则前提下的仔细规划，是一次性成功设计的保证。对于微波以上频段和高频的PC类数字电路，则需要2—3个版本的PCB方能保证电路品质。而对于微波以上频段的RF电路，则往往需要更多版本的PCB设计与不断完善——而且是在具备相当经验的前提下。由此可知RF电路的设计困难。
    射频(RF)PCB设计，在目前公开出版的理论上具有很多不确定性，常被形容为一种“黑色艺术”，这种看法通常为经验缺乏者所拥有。RF-PCB设计其实有许多可以遵循的准则（请参见笔者的《微波电路及其PCB设计》）。只是在实际设计时，真正原则或技巧是当这些基本设计原则因各种设计约束无法准确实施时，如何对它们进行折衷处理。
    有许多重要的RF设计课题值得讨论，包括阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板以及波长和驻波，等等。此方面的讨论，在笔者的《微波电路及其PCB设计》中有着较全面和详尽的介绍。本文将集中探讨与RF-PCB分区设计有关的各种问题。
    对于一些小巧的无线电通信终端（例如蜂窝电话、无绳电话、双向寻呼等），由于市场对体积方面的几乎无限制要求，导致必须在设计中以各种方式将所有的东西集成在一起（包括功能的集成、IC的堆砌等等），这对RF-PCB设计原则的体现是矛盾的。模拟、数字和RF电路紧密地挤在一起，隔离区域的空间非常小，因成本控制因素，PCB层数往往又减到最小。
    随着科技的进步，综合功能IC将多种不同应用功能集成在一起，给设计带来方便，许多以前需要考虑的环节被规则化。但引脚之间的紧密排列，RF、IF、模拟和数字信号非常靠近且又通常在电气上不相干，给设计工作带来新的困难环节。
    对于一些存在节电需求的无线终端（如GSM手机、无绳电话、双向寻呼信息机等），电源控制与分配是让人头痛的关键之一。为延长电池寿命，电路的不同部分是根据需要而分时工作的（由软件来控制转换），有时需要无线终端提供5到6种工作电源或驱动电平，但电池却只能是一种，于是各类电源转换器件的合理应用与PCB布置，又成为新的难点。为什么如此强调电源导致的困难？因为电源的稳定，是相关电路稳定的根本保证，而实际中，经常会出现由于PCB设计不当而导致干扰被耦合到电源输出中，这是非常严重的问题。
    另外，信号旁路、衰减、去耦等技巧，在低频或数字电路中是非常容易实现的，但在几乎完全具备电磁波传导特性的RF电路中，则成为非常重要的处理环节，否则，它们都将构成耦合干扰源。

二．解决问题的设计案例说明

【案例1】本人工作的某港资厂，接获一单欧洲DECT无绳电话，需要完成设计开发。

（1）基本需求：由于各类专利权属问题，至少需要在外观及PCB设计与器件组合方面完全重新进行设计。电原理则以相关成熟标准电路作基本模型参考，相关控制、信令等软件，则以DECT制定的标准进行设计。由于不对网络功能作相关要求，因此TDMA及其相关部分不予设计考虑。

（2）关键问题：开始进行设计规划时，有主要有两方面的问题：其一，将DECT技术与通信协议标准体现在软件设计中，并准确地按照相关控制协议完成对RF电路的工作控制（包括TDD控制、自动增益控制等）。

（备注：案例说明待续，下列直接对各案例中的问题给予综合说明）

    1. RF布局概念

    在设计RF布局时，有几个总的原则必须优先加以满足：
    （1）尽可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来，简单地说，就是让高功率RF发射电路远离低功率RF接收电路。如果你的PCB板上有很多物理空间，那么你可以很容易地做到这一点，但通常元器件很多，PCB空间较小，因而这通常是不可能的。你可以把他们放在PCB板的两面，或者让它们交替工作，而不是同时工作。高功率电路有时还可包括RF缓冲器和压控制振荡器(VCO)。
    （2）确保PCB板上高功率区至少有一整块地，最好上面没有过孔，当然，铜皮越多越好。稍后，我们将讨论如何根据需要打破这个设计原则，以及如何避免由此而可能引起的问题。
    （3）芯片和电源去耦同样也极为重要，稍后将讨论实现这个原则的几种方法。
    （4）RF输出通常需要远离RF输入，稍后我们将进行详细讨论。
    （5）敏感的模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和RF信号。

    2. 物理分区和电气分区设计原则

    设计分区可以分解为物理分区和电气分区。物理分区主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等问题；电气分区可以继续分解为电源分配、RF走线、敏感电路和信号以及接地等的分区。

xkdcb27

可以哈，继续[em01]

chieto

顶，继续等待

cool216

稍后要待何时！！！[em13]

myyear1984

先顶起来 楼主说的很好啊 是不是从书中节选出来的 还是自己的真实工作经验 若是书中节选的 请楼主不如把它共享了吧 造福更多的人 要是真实工作经验 期待楼主早日更新[em02]