射频(RF)PCB版图设计简介

由于目前的趋势是向无线方向发展，所以在每个无线设备中都有一个射频电路。射频PCB设计是一个非常复杂和棘手的概念，它需要大量的射频基础知识来设计一个射频电路的版图，因为与模拟/数字PCB版图设计相比，版图设计者面临着更多的限制和挑战。

射频基础

射频电路工作在500MHz到几千兆赫兹波段。

射频信号包括一个频率，或一个频率带，调制在一个非常高的频率载波上。射频电流中包含的能量可以从导体辐射到空间，这就是所谓的电磁波。射频电流往往集中在导体表面，不穿透很深。这就是所谓的皮肤效应。

任何射频电路的基本构成部分是放大器、变频器和滤波器.

一个信号的波长等于它将在一个周期内穿越的物理距离。PCB上的任何轨道，如果其长度大于或等于1/4，应视为电长。TH它的波长。在这种情况下，为了避免反射，轨道的特性阻抗必须与负载阻抗相匹配。也就是说，为了保证最大功率传输，源阻抗和负载阻抗必须匹配。匹配网络用于将任何阻抗转换为RF跟踪的特征阻抗。参数返回损耗和插入损耗指示匹配网络的有效性。回波损耗定义为入射功率与反射功率之比。插入损耗被定义为电路在到达下一阶段之前所丢失的功率的分数。在理想的匹配电路中，会有零的回波损耗和无限的插入损耗。任何信号线的临界长度都是信号传播到负载并返回的时间等于上升时间的长度。正是在这个长度之后，我们需要开始考虑传输线的设计和终端技术。

传输线等效电路

传输线的特性阻抗(Zo)是表示其分布串联电感与分布并联电容之比的属性。在大多数应用中，射频道的特性阻抗为50W。ZO取决于PCB介质材料、基片厚度、磁路宽度和厚度以及射频道与地面的距离。

传输线可以有多种类型，但两种最适合射频电路的传输线是微带和共面波导。

该微带由一条由基片与地面分离的轨迹组成。微带的特性阻抗取决于下列参数

痕迹宽度(W)

铜厚度

衬底的介电常数(XR)和

轨迹与地面的距离(H)

共面波导类似于微带，但在射频道的两侧也有铜。除了上述参数外，CPWG特性阻抗还取决于射频道与两侧铜之间的距离(G)。两边的铜也是研磨的。

PCB叠加

强烈建议所有射频PCB布局采用4层PCB叠加，因为它提供了完整的地面和电源平面，因此允许更简单的信号线路由。信号层的所有未使用区域也将被地面填充覆盖。与2层设计相比，4层设计的优点是，4层设计能够使夹在两层主要地面平面之间的直流电源平面均匀分布的射频解耦。动力飞机两侧的地面平面应用凹槽缝制。这种安排大大提高了电磁兼容性能.此外，地面平面的拼接孔将用于板的边缘，以避免在板边缘的辐射发射。一个连续的地面平面还确保敏感的射频路径的返回路径可以采取最短的路径，从而避免扩展的地面环路。回流电流采用最小电感的路径。因此，不应该有不连续的地面下的射频跟踪，所有的道路，从司机到接收器。连续地面也允许使用分布式微带道，因此可以严格控制磁道的阻抗(通常为50W)。

对于那些严格的预算，一个2层的设计也可以成功地实施，底层覆盖的主要是磨铜浇注。此外，还应严格控制PCB厚度，因为为了实现微带或带状传输线，PCB厚度不应超过0.8mm至1.0mm，否则传输线轨迹的宽度将变得太大。

地面平面应尽可能远离信号路由。

跟踪布局指南

每个射频道的特性阻抗为50W。当计算50W的特性阻抗时，应选择合适的传输线类型。有许多配套的应用程序，如土星，PCB工具包和AppCAD，可以用来计算跟踪宽度和距离的地面，为特定的PCB堆叠。计算出的跟踪宽度应在整个跟踪长度内保持，对于CPWG，跟踪与两侧地面的距离也要始终保持。

不要并行运行RF跟踪。如果这种情况是不可避免的，请确保遵循3W规则，即平行轨迹之间的中心到中心距离应等于或大于跟踪宽度的3倍，以避免串扰和噪声耦合。

由于它引入了寄生电感和电容，所以飞机上的通孔数目将尽可能地减少。对于典型的厚度为1.6mm的PCB，单通孔可根据通孔和介电材料的尺寸增加1.2nH的电感和0.5pF的电容。一个VIA不应该在组件的多个引脚之间共享。

尽可能确保射频轨迹是不弯曲的路由。当弯曲不可避免时，把它变成弯曲的弯曲而不是锐利的弯曲。这将有助于保持一个均匀的宽度。

不要在RF跟踪上创建存根。在RF轨迹上放置测试点也是要避免的，因为它们形成存根。存根会影响阻抗匹配，也会充当天线，从而产生辐射发射问题。

在任何可能的地方，地面护卫痕迹周围的敏感射频电路。在这些护卫痕迹上缝合缝隙，将它们缝合到地面上。这种装置将敏感电路与电路的其他部分隔离开来。

电源解耦

电源解耦是为了确保电源中的噪声被过滤，而不是到达其他敏感设备。确保提供足够的去耦电容器。可能需要提供几个并联的电容器，以便滤除不同频率的噪声。电容器的自谐振频率接近要滤波的频率将是最有效的。每个解耦电容器应该有自己的通过连接到地面。按照标准做法，解耦电容器应尽可能靠近集成电路的电源端口。此外，还可以提供一种大容量电容器，以满足IC的突发性涌流需求。电源应连接到IC的功率引脚，使电源通过去耦电容器流向IC。不要在电容器和IC电源引脚之间放置任何通孔。

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