射頻layout設計筆記

文檔主要節選自《中興-射頻闆PCB工藝設計規範》 全文共分三部分，布局，布線，EMC設計 射頻電路為分布參數電路，電路實際工作的時候容易産生趨膚效應和耦合效應，是以需要通過一些設計來盡量減少幹擾， 布局   布局原則     布局分區分解為 實體分區和電氣分區， 實體分區主要涉及元器件布局、 朝向和屏蔽等問題；電氣分區可以繼續分解為電源配置設定、 RF 走線、敏感電路和信号以及接地等的分區。     實體分區關鍵是根據單闆的主信号流向規律安排主要元器件， 最有效的技術是首先固定位于 RF 路徑上的元器件， 并調整其朝向以将 RF 路徑的長度減到最小， 除了要考慮普通 PCB設計時的布局外， 還須考慮如何減小各部分間互相幹擾和抗幹擾能力， 如果不可能在多個電路塊之間保證足夠的隔離，在這種情況下就必須考慮采用金屬屏蔽罩将射頻能量屏蔽在RF 區域内       電氣分區     射頻印制電路闆布局一般分為電源,數字和模拟三部分， 這三部分要在空間上分開,布局和走線不能跨區域。 并盡可能将強電信号和弱電信号分開， 将數字信号電路和模拟信号電路分開，完成同一功能的電路應盡量安排在一定的範圍之内，進而減小信号環路面積。    布局要求

1. 在同一屏蔽腔内布局時可按信号由小到大一字布局， 強弱信号之間要加屏蔽隔離，增益較大支路上也要采取屏蔽措施， 由于空間限制， 在同一個屏蔽腔内有時不能采用一字布局而采用 L 形布局，但是不得采用Z型U型，交叉布局，如果無法避免U型布局，那麼輸入輸出之間的間距至少在1.5cm以上。
2. 采用L型和U型布局的時候，轉折點最好不要剛進入接口就轉，最好稍微有段直線之後再轉。
3. 相同的子產品應該盡量做成相同的布局，或者對稱的布局，
4. 為了合理利用空間，可以将器件45度角布局，使射頻線盡可能短。
5. 感性器件應該防止互感，多個電感放置時需要注意放置方向及空間距離，避免電感線圈同向，偏置電路的饋電電感與RF通道垂直放置，
6. 射頻闆最好選擇表面貼裝器件，如果混裝布局，應該注意小貼片器件盡量避開插裝器件，以免焊接損傷
7. 靜電敏感器件布局要求盡量遠離闆邊遠離調試器件，插焊器件，螺釘手動安裝器件，器件引出線上塗敷阻焊層
8. π衰和電感的布局如下圖所示

1. 不同頻率單元混排易産生許多寄生的互調産物，是以不推薦不同頻率單元在同一個屏蔽腔内混排；

1. 對本振源要單獨隔離屏蔽，特别對接收通道，因為本振信号電平相對接收信号電平較大，易形成幹擾，同時由于本振平較高，對其他單元形成較大的輻射幹擾；
2. RF信号和IF信号走線十字交叉，并盡可能對射頻單元和中頻單元須加隔離或屏蔽；
3. 收發單元混排時應屏蔽隔離；
4. 數模混排時，對時鐘線要包地銅箔屏蔽；
5. 輸入和輸出端要采取隔離或屏蔽；

布線     布線原則

1. 盡可能将數字電路遠離模拟電路， 確定射頻走線下層的地是實心的大面積地， 并盡可能将射頻線走在表層上。
2. 數字、 模拟信号線不跨區域布線；如果需要穿過信号線，第一方案，沿着射頻線布一層與主地相連的地。第二方案，射頻線與信号線十字交叉，可以将容性耦合減少到最少，同時盡可能在每根射頻走線周圍多布地線，此外，射頻線之間不宜并行左線過長， 如果需要平行布線，應該在兩條線中間加地線，地線打孔，確定良好的接地，差分射頻線平行線外側加地線，。
3. 盡可能将高功率發射器件遠離低功率接收器件。
4. 原則上 PCB 闆上高功率區至少有一整塊地， 最好上面沒有過孔， 當然， 銅箔越多越好。在 PCB 闆的每一層， 應布上盡可能多的地， 并把它們連到主地面；
5. 射頻印制電路闆布線的基本順序：射頻線路→基帶射頻接口線（ IQ 線） →時鐘線→電源部分→數字基帶部分→地
6. 考慮到綠油會對微帶線性能、 信号等方面有影響， 故建議頻率較高單闆微帶線可以不塗覆綠油，中低頻率的單闆微帶線建議塗覆綠油

布線要求

1. 走線能走微帶線最好，實在不行走内層。
2. 射頻走線盡量不要轉彎，轉彎的話有切角和圓角兩種方式，
   • 切角适合比較小的轉彎，如圖所示的切角适用頻率可達10GHz，
   • 圓角轉彎的話應該盡量保證轉彎的半徑足夠大，要保證R>3W.

     

3. 微帶線設計結構要求：
   • 微帶線兩邊的邊緣離地平面邊緣至少要有 3W 寬度；
   • 層厚 0.8mm、且在 3W 範圍内，不得有非接地的過孔
   • 微帶線邊沿電場向兩側延伸，非耦合微帶線間要加地銅箔，并在地銅箔上加地過孔。
   • 微帶線至屏蔽壁距離應保持為 2W 以上。                               

     

4. 帶狀線設計要求:
   • PCB上下兩層必須是完整的地平面,
   • 帶狀線兩邊離地平面邊緣最少3W寬度，且在3W範圍内，不得有過孔，
   • 禁止射頻走線上下兩層的參考地平面有縫隙，

   • 

5. 射頻走線兩邊包銅箔，接地銅箔到信号線的間距>=1.5W,地銅箔邊緣加地線孔,孔間距小于λ/20,過孔均勻排列,地線銅箔要求光滑平整,禁止射頻左線伸出多餘的線頭.一般包地銅皮離射頻線2W的寬度或者3H的高度（H表示相臨媒體層的總厚度）
6. 部分射頻器件封裝較小,SMD焊盤可能較小,而射頻線可能大于焊盤寬度,是以,建議采用漸變線,禁止線寬突變,具體操作如下

   

7. 如果射頻單闆需要開槽的(放大器類器件),開口槽内銅距開孔處最少為10mil,否則無法加工.
8. 大面積電源區和接地區的元件焊盤采用花焊盤的方式. 射頻電路的電源盡量不要采用平面分割，電源線一般采用長條形狀，更具電流大小進行處理，滿足電流能力的前提下盡可能粗，處理電源線的時候避免形成環路，電源線和地線方向保持平行但不能重疊，有交叉的地方最好成十字交叉。
9. 對射頻電路傳輸線、微帶線部分，建議采用綠油橋 隔開大面積接 地區或器件焊盤，防止可能出現的少錫等工藝缺陷

   

10. 微帶耦合線器，主要引用在監測大功率信号的強度，駐波，在要求不高且耦合度大于20dB的情況下可用兩條靠近的PCB走線做成微帶耦合線，如果有定向性要求時，L=λ/4，通常微帶線阻抗為50Ω，

    

11. 在要求不高的情況下，可以用 PCB 走線做成微帶線功分器，如圖 16 所示，要求阻抗滿足下列要求： Z0=50Ω ， Z1=√2Z0=70.0Ω， 從功率合成點 B 到電阻 C 點之間的走線距離 LBC 應滿足： LBC=λ /4，其中電阻阻值為 100Ω 。
12. λ/4微帶線，周期正弦信号在間隔λ/4處 （ 即 90°）的兩點，互相之間的影響最小， 當λ /4 微帶線一端直接接地，或通過高頻濾波電容（如 100PF）接地，即一端交流接地時，另一端相當于交流開路， 對線長等于λ /4 的信号來說具電感效應， 其典型應用是小信号放大管或功率管的偏置與供電電路，其PCB設計推薦如下， a）功放管輸出端偏置走線長度為λ /4，等價于最近的高頻濾波電容到信号走線或比對銅箔的距離； b）功放管輸入端偏置走線長度λ /4，等價于最近的高頻濾波電容到信号走線或比對銅箔的距離。 c） 并聯的組合濾波電容應排列在一起， 要注意排列次序， λ /4 的高阻線要直接從高頻濾波電容的腳上拿出來。

  EMC設計

1.     射頻闆卡分層按照正常來就行，一層參考一層信号，射頻pcb要求大面積接地，接地面一般鍍金或銀，器件的接地要就近接地，至少有兩根線接鋪地銅箔，至少兩個過孔在器件管腳旁就近接地，增大過孔孔徑和并聯多個隔空，元件底部是接地焊盤的要焊盤上多打幾個孔。

1. 微帶印制電路的終端單一接地孔直徑必須大于微帶線寬， 或采用終端大量成排密布小孔的方式接地。
2. 接地大焊盤上直接覆寫至少6個過孔，具體視焊盤大小定，接地線要盡量短，禁止超過λ/20，防止天線效應導緻信号輻射，不得有孤立銅箔，銅箔上一定要加地線過孔， 禁止地線銅箔上伸出終端開路的線頭。銅箔盡量圓滑。
3. 射頻信号可以在空氣媒體中輻射。空間距離越大，工作頻率越低，輸入輸出端的寄生耦合就越小，隔離度則越大。 PCB 典型的空間隔離度約為 50dB， 敏感電路和強烈輻射源電路要加屏蔽，其中以下四個原則需要加屏蔽， a) 接收電路前端是敏感電路，信号很小，要采用屏蔽； b) 對射頻單元和中頻單元須加屏蔽。接收通道中頻信号會對射頻信号産生較大幹擾，反之，發射通道的射頻信号對中頻信号也會造成輻射幹擾。 c) 振蕩電路： 強烈輻射源， 對本振源要單獨屏蔽， 由于本振電平較高， 對其他單元形成較大的輻射幹擾。 d) 功放及天饋電路：強烈輻射源，信号很強，要屏蔽。 e) 數字信号處理電路： 強烈輻射源， 高速數字信号的陡峭的上下沿會對模拟的射頻信号産生幹擾。 f) 級聯放大電路： 總增益可能會 超過輸出到輸入端的空間隔離度， 這樣就滿足了振蕩條件之一，電路可能自激。如果腔體内的電路同頻增益超過 30－ 50dB，必須在 PCB 闆上焊接或安裝金屬屏蔽闆， 增加隔離度。 實際設計時要綜合考慮頻率、 功率、 增益情況決定是否加屏蔽闆。 g) 級聯的濾波、開關、衰減電路：在同一個屏蔽腔内，級聯濾波電路的帶外衰減、 級聯開關電路的隔離度、級聯衰減電路的衰減量必須小于 30－ 50dB。 h) 收發單元混排時應屏蔽。 i) 數模混排時，對時鐘線要包地銅皮隔離或屏蔽。
4. 靜電屏蔽主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響，電磁屏蔽主要用于防止交變磁場或交變電磁場的影響，PCB安裝屏蔽腔的時候，PCB需要在屏蔽腔的位置打上兩排過孔，形成屏蔽壁，具體要求如下，需要兩排互相錯開的過孔，同排過孔間距要小于λ/20，屏蔽腔與接地銅箔壓接的部位禁止有阻焊。射頻線在頂層穿過屏蔽壁的時候後要在屏蔽腔的相應位置開一個槽門，門高大于0.5mm，門寬要求保證，信号線與屏蔽腔之間的距離大于1mm，或者3mm。大意如圖

   

   腔體壁厚2mm，拐角處放置3mm金屬化孔，腔體拐角采用圓角設計，
5. 屏蔽腔尺寸的諧振頻率要遠高于工作頻率，最好10倍以上，屏蔽腔的高度一般為第一層媒體厚度的15-20倍，在屏蔽腔面積一定時， 要提高屏蔽腔的最低諧振頻率，需增加長寬比，避免正方形的腔體，
6. 屏蔽腔内部的數字信号線走内層，不同層的地線通過多個過孔來連接配接，

  射頻ESD

1.     射頻器件一般采用的是淺結工藝制作， 靜電敏感等級高，一般為 100V~300V,極容易 ESD損傷
2. 射頻敏感器件(參考相關射頻資料定義)、 與敏感器件連接配接的電容等盡量布線遠離闆邊緣，這樣可減少人體靜電引入單闆，導緻敏感器件失效；
3. 射頻開發人員需在技術更改單或料單上注明較敏感器件等級（300V 以下均需要填寫），以便生産人員在操作中小心謹慎。
4. 射頻器件推薦使用機器貼片的 SMD 器件， 盡量不要使用插件， 這些插件很容易導緻ESD 損傷器件
5. 在選擇射頻器件特别是射頻 IC 時， 要預先考慮到生産測試時加電、 斷電可能對 IC的電浪湧沖擊。（功放）