案例图解射频PCB设计要点

电子工程专辑 今天
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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。

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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。如下图所示：（PCB设计完成后的结构轮廓图）

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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。
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。具体如下图所示：


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，这就迫使我们将布局成“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。如下图所示：

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）。 如下图所示：

芯片外围电路布局

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。


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，推荐在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上面的参考值长度及形状走线。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。如下图所示：

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）：
1） 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。
2） 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。
3） 走线长度
走线长度越短越好，两根线并行距离越短越好。
4） 过孔数量
过孔数量越多越好。
5） 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。
6） 敷铜
增加接地的敷铜可以减小信号间的干扰。
7） 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。
8） 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。如下图所示：


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方式放置，如下图所示。


PCB与隔腔接触位置需要开窗，如下图所示：

PCB底层接地铜皮与底板接触的地方都需要开窗处理（该层信号线不允许开窗），使其更好的接触。如下图所示（PCB板的上半部分与底座接触）：

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。如下图所示：

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头或连接器在插拔过程中不致PCB板变形。如下图所示（腔内螺钉）：


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