射頻電路設計基礎

　　射頻電路板設計由於在理論上還有很多不確定性，因此常被形容為一種“黑色藝術”，那麼你對關於射頻電路設計有哪些需要注意有興趣嗎?下面就由小編為你帶來分析，希望你喜歡。

　　射頻電路設計遇到的常見問題

　　1、數位電路模組和類比電路模組之間的干擾

　　如果類比電路***射頻***和數位電路單獨工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個電源一起工作，整個系統很可能就不穩定。這主要是因為數字訊號頻繁地在地和正電源***>3 V***之間擺動，而且週期特別短，常常是納秒級的。由於較大的振幅和較短的切換時間。使得這些數字訊號包含大量且獨立於切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無線調諧迴路傳到無線裝置接收部分的訊號一般小於lμV。因此數字訊號與射頻訊號之間的差別會達到120 dB。顯然.如果不能使數字訊號與射頻訊號很好地分離。微弱的射頻訊號可能遭到破壞,這樣一來，無線裝置工作效能就會惡化，甚至完全不能工作。

　　2、供電電源的噪聲干擾

　　射頻電路對於電源噪聲相當敏感,尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會在每個內部時鐘週期內短時間突然吸人大部分電流,這是由於現代微控制器都採用CMOS工藝製造。因此。假設一個微控制器以lMHz的內部時鐘頻率執行，它將以此頻率從電源提取電流。如果不採取合適的電源去耦.的地方必將引起電源線上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達電路RF部分的電源引腳,嚴重時可能導致工作失效。

　　3、不合理的地線

　　如果RF電路的地線處理不當,可能產生一些奇怪的現象。對於數位電路設計,即使沒有地線層,大多數數位電路功能也表現良好。而在RF頻段，即使一根很短的地線也會如電感器一樣作用。粗略地計算,每毫米長度的電感量約為l nH,433 MHz時10 toni PCB線路的感抗約27Ω。如果不採用地線層，大多數地線將會較長，電路將無法具有設計的特性。

　　4、天線對其他類比電路部分的輻射干擾

　　在PCB電路設計中，板上通常還有其他類比電路。例如，許多電路上都有模，數轉換***ADC***或數/模轉換器***DAC***。射頻傳送器的天線發出的高頻訊號可能會到達ADC的模擬淙攵恕R蛭 魏蔚緶廢唄範伎贍莧縑煜咭謊⒊齷蚪郵誖F訊號。如果ADC輸入端的處理不合理，RF訊號可能在ADC輸入的ESD二極體內自激。從而引起ADC偏差。

　　射頻電路設計佈局原則

　　在設計RF佈局時,必須優先滿足以下幾個總原則：

　　***1***儘可能地把高功率RF放大器***HPA***和低噪音放大器***LNA***隔離開來，簡單地說，就是讓高功率RF發射電路遠離低功率RF接收電路;

　　***2***確保PCB板上高功率區至少有一整塊地，最好上面沒有過孔，當然，銅箔面積越大越好;

　　***3***電路和電源去耦同樣也極為重要;

　　***4***RF輸出通常需要遠離RF輸入;

　　***5***敏感的模擬訊號應該儘可能遠離高速數字訊號和RF信;

　　射頻電路設計分割槽要注意的事項

　　物理分割槽、電氣分割槽設計分割槽

　　可以分解為物理分割槽和電氣分割槽。物理分割槽主要涉及元器件佈局、朝向和遮蔽等問題;電氣分割槽可以繼續分解為電源分配、RF走線、敏感電路和訊號以及接地等的分割槽。

　　1、我們討論物理分割槽問題

　　元器件佈局是實現一個優秀RF設計的關鍵，最有效的技術是首先固定位於RF路徑上的元器件，並調整其朝向以將RF路徑的長度減到最小，使輸入遠離輸出，並儘可能遠地分離高功率電路和低功率電路。

　　最有效的電路板堆疊方法是將主接地面***主地***安排在表層下的第二層，並儘可能將RF線走在表層上。將RF路徑上的過孔尺寸減到最小不僅可以減少路徑電感，而且還可以減少主地上的虛焊點，並可減少RF能量洩漏到層疊板內其他區域的機會。在物理空間上，像多級放大器這樣的線性電路通常足以將多個RF區之間相互隔離開來，但是雙工器、混頻器和中頻放大器/混頻器總是有多個RF/IF訊號相互干擾，因此必須小心地將這一影響減到最小。

　　2、RF與IF走線應儘可能走十字交叉，並儘可能在它們之間隔一塊地

　　正確的RF路徑對整塊PCB板的效能而言非常重要，這也就是為什麼元器件佈局通常在手機PCB板設計中佔大部分時間的原因。在手機PCB板設計上，通常可以將低噪音放大器電路放在PCB板的某一面，而高功率放大器放在另一面，並最終通過雙工器把它們在同一面上連線到RF端和基帶處理器端的天線上。

　　3、恰當和有效的晶片電源去耦也非常重要

　　許多集成了線性線路的RF晶片對電源的噪音非常敏感，通常每個晶片都需要採用高達四個電容和一個隔離電感來確保濾除所有的電源噪音。一塊積體電路或放大器常常帶有一個開漏極輸出，因此需要一個上拉電感來提供一個高阻抗RF負載和一個低阻抗直流電源，同樣的原則也適用於對這一電感端的電源進行去耦。

　　有些晶片需要多個電源才能工作，因此你可能需要兩到三套電容和電感來分別對它們進行去耦處理，電感極少並行靠在一起，因為這將形成一個空芯變壓器並相互感應產生干擾訊號，因此它們之間的距離至少要相當於其中一個器件的高度，或者成直角排列以將其互感減到最小。

　　4、電氣分割槽原則大體上與物理分割槽相同，但還包含一些其它因素

　　手機的某些部分採用不同工作電壓，並藉助軟體對其進行控制，以延長電池工作壽命。這意味著手機需要執行多種電源，而這給隔離帶來了更多的問題。

　　電源通常從聯結器引入，並立即進行去耦處理以濾除任何來自線路板外部的噪聲，然後再經過一組開關或穩壓器之後對其進行分配。手機PCB板上大多數電路的直流電流都相當小，因此走線寬度通常不是問題，不過，必須為高功率放大器的電源單獨走一條儘可能寬的大電流線，以將傳輸壓降減到最低。為了避免太多電流損耗，需要採用多個過孔來將電流從某一層傳遞到另一層。此外，如果不能在高功率放大器的電源引腳端對它進行充分的去耦，那麼高功率噪聲將會輻射到整塊板上，並帶來各種各樣的問題。

　　高功率放大器的接地相當關鍵，並經常需要為其設計一個金屬遮蔽罩。在大多數情況下，同樣關鍵的是確保RF輸出遠離RF輸入。這也適用於放大器、緩衝器和濾波器。在最壞情況下，如果放大器和緩衝器的輸出以適當的相位和振幅反饋到它們的輸入端，那麼它們就有可能產生自激振盪。在最好情況下，它們將能在任何溫度和電壓條件下穩定地工作。

　　實際上，它們可能會變得不穩定，並將噪音和互調訊號新增到RF訊號上。如果射頻訊號線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端，這可能會嚴重損害濾波器的帶通特性。為了使輸入和輸出得到良好的隔離，首先必須在濾波器周圍布一圈地，其次濾波器下層區域也要布一塊地，並與圍繞濾波器的主地連線起來。把需要穿過濾波器的訊號線儘可能遠離濾波器引腳也是個好方法。

　　5、要保證不增加噪聲必須從以下幾個方面考慮

　　首先，控制線的期望頻寬範圍可能從DC直到2MHz，而通過濾波來去掉這麼寬頻帶的噪聲幾乎是不可能的;其次，VCO控制線通常是一個控制頻率的反饋迴路的一部分，它在很多地方都有可能引入噪聲，因此必須非常小心處理VCO控制線。要確保RF走線下層的地是實心的，而且所有的元器件都牢固地連到主地上，並與其它可能帶來噪聲的走線隔離開來。

　　此外，要確保VCO的電源已得到充分去耦，由於VCO的RF輸出往往是一個相對較高的電平，VCO輸出訊號很容易干擾其它電路，因此必須對VCO加以特別注意。事實上，VCO往往布放在RF區域的末端，有時它還需要一個金屬遮蔽罩。

　　諧振電路***一個用於發射機，另一個用於接收機***與VCO有關，但也有它自己的特點。簡單地講，諧振電路是一個帶有容性二極體的並行諧振電路，它有助於設定VCO工作頻率和將語音或資料調製到RF訊號上。所有VCO的設計原則同樣適用於諧振電路。由於諧振電路含有數量相當多的元器件、板上分佈區域較寬以及通常執行在一個很高的RF頻率下，因此諧振電路通常對噪聲非常敏感。

　　訊號通常排列在晶片的相鄰腳上，但這些訊號引腳又需要與相對較大的電感和電容配合才能工作，這反過來要求這些電感和電容的位置必須靠得很近，並連回到一個對噪聲很敏感的控制環路上。要做到這點是不容易的。

　　自動增益控制***AGC***放大器同樣是一個容易出問題的地方，不管是發射還是接收電路都會有AGC放大器。AGC放大器通常能有效地濾掉噪聲，不過由於手機具備處理髮射和接收訊號強度快速變化的能力，因此要求AGC電路有一個相當寬的頻寬，而這使某些關鍵電路上的AGC放大器很容易引入噪聲。設計AGC線路必須遵守良好的類比電路設計技術，而這跟很短的運放輸入引腳和很短的反饋路徑有關，這兩處都必須遠離RF、IF或高速數字訊號走線。

　　同樣，良好的接地也必不可少，而且晶片的電源必須得到良好的去耦。如果必須要在輸入或輸出端走一根長線，那麼最好是在輸出端，通常輸出端的阻抗要低得多，而且也不容易感應噪聲。通常訊號電平越高，就越容易把噪聲引入到其它電路。在所有PCB設計中，儘可能將數位電路遠離類比電路是一條總的原則，它同樣也適用於RF PCB設計。公共模擬地和用於遮蔽和隔開訊號線的地通常是同等重要的，因此在設計早期階段，仔細的計劃、考慮周全的元器件佈局和徹底的佈局*估都非常重要，同樣應使RF線路遠離模擬線路和一些很關鍵的數字訊號，所有的RF走線、焊盤和元件周圍應儘可能多填接地銅皮，並儘可能與主地相連。如果RF走線必須穿過訊號線，那麼儘量在它們之間沿著RF走線布一層與主地相連的地。如果不可能的話，一定要保證它們是十字交叉的，這可將容性耦合減到最小，同時儘可能在每根RF走線周圍多布一些地，並把它們連到主地。