圖1:直角補(bǔ)償
根據(jù)50Ω特性阻抗所需的線寬和鋪地間距,選擇正確的傳輸線類型(微帶線或帶狀線);
通過阻抗計(jì)算工具確保阻抗線路安裝50Ω特性阻抗設(shè)計(jì),并確定線寬和鋪地間距以及結(jié)構(gòu);
為保持射頻線路特性阻抗的連續(xù)性,保持射頻布線寬度和線間距保持一致,不發(fā)生突變。
針對(duì)帶狀線,鋪地間距應(yīng)小于傳輸線與參考面的厚度,否則帶狀線將變?yōu)槲Ь€;
針對(duì)帶狀線,確保鏡像地面積盡量大,至少要大于傳輸線與地的間隙;
為射頻傳輸線提供一個(gè)干凈,沒有干擾的,同時(shí)沒有任何射頻信號(hào)線通過其下穿過的鏡像地,以提供一個(gè)良好的射頻信號(hào)信號(hào)回路;
盡量縮短傳輸線的長(zhǎng)度,長(zhǎng)的傳輸線將帶來(lái)衰減;
避免射頻傳輸線的直角,必須需要拐角時(shí)應(yīng)進(jìn)行直角補(bǔ)償,見附圖1;
射頻信號(hào)線上盡量不要出現(xiàn)分叉或者之腳,都會(huì)對(duì)射頻阻抗產(chǎn)生影響;
不要在射頻傳輸線上平行布置任何線路,這樣的線路會(huì)增加線與線之間的額耦合;
不要在射頻傳輸線上設(shè)置測(cè)試點(diǎn);
? ?PCB疊層設(shè)計(jì)推薦使用四層板結(jié)構(gòu),層設(shè)置架構(gòu)如下:
【Top layer】射頻IC和元件、射頻傳輸線、天線、去耦電容和其他信號(hào)線,見附圖2;
【Layer 2】地平面
【Layer 3】電源平面
【Bottomlayer】非射頻元件和信號(hào)線
完整的電源平面提供極低的電源阻抗和分布的去耦電容,同時(shí)射頻信號(hào)線有一個(gè)完整的參考地,為射頻信號(hào)提供完整恒定不變的參考,有利于射頻傳輸線阻抗的連續(xù)性。
射頻pcb兩層板主要用于低成本,簡(jiǎn)單的電路板。為是設(shè)計(jì)50Ω特性阻抗,一般電路板厚度要很小,同時(shí)電路板的也無(wú)法提供完整的地平面。
圖2:Top layer
1、地平面
地平面設(shè)計(jì)在射頻電路板設(shè)計(jì)中十分重要,見圖3。射頻信號(hào)的返回路徑就是射頻信號(hào)線下的地平面,良好的地設(shè)計(jì)是完整的且盡可能寬的不存在中斷地平面,一旦返回路徑的地平面被中斷,返回信號(hào)就會(huì)找一個(gè)更小阻抗的路徑回流,這樣就加大電流環(huán)路,增加了電感引起不必要的EMI的干擾。同時(shí)增加了阻抗匹配的難度同時(shí)產(chǎn)生一定的衰減。過窄的地平面是傳輸線的性能改變,可能會(huì)帶來(lái)更多的射頻信號(hào)泄露。
2、地平面設(shè)計(jì)規(guī)則
作為射頻信號(hào)線鏡像回流地的平面要完整,并且獨(dú)立定義,同時(shí)不要有任何其他信號(hào)線在地平面上布置;
對(duì)于Top Layer和Bottom Layer空白部分,建議做鋪地處理,并且通過間距不大于λ/20的過孔將各部分地連在一起;
對(duì)于高密度電路板(例如含CSP封裝)不建議使用2層電路板,盡可能采用4層板進(jìn)行設(shè)計(jì);
盡量不要將地平面做分地處理,除非保證在地平面上電流不會(huì)形成環(huán)流;
射頻信號(hào)線下的地平面要盡可能的寬,地平面過窄會(huì)引起寄生參數(shù)同時(shí)增加衰減;
地平面、頂層的地已經(jīng)連接兩層的過孔,應(yīng)盡量保證射頻信號(hào)線做到完全的“屏蔽”,以增加產(chǎn)品的EMC能力。
同時(shí)建議通過地孔將電源平面包裹起來(lái),避免不必要的電子輻射。
圖3:Layer 2
射頻PCB電路板電源供電需要通過退耦電容濾除IC的噪聲,見圖4,避免噪聲在不同設(shè)備(IC)之間流轉(zhuǎn),同時(shí)電源噪聲會(huì)增加頻率合成器的相位噪聲,降低接收機(jī)的接收靈敏度,增加信號(hào)的雜散等不利影響。
電源退耦建議
退耦電容放置離電源越近越好;
退耦電容容值越小離供電管腳越近;
盡量將退耦電容和電源設(shè)置在同一個(gè)平面,如果無(wú)法將所有的電容放置在同一個(gè)平面,優(yōu)先小容值的電容;
供電電源經(jīng)過退耦電容后進(jìn)入IC,在退耦電容和IC管腳之間不要放置過孔。
為每個(gè)退耦電容設(shè)置一個(gè)地過孔,不要共用地過孔。
對(duì)于設(shè)置了獨(dú)立電源層的電路板,使用獨(dú)立的過孔為每個(gè)用電“單位”供電,不要共用電源過孔。
圖4:電源退耦
圖5:地孔伴隨
過孔是連接不同信號(hào)層的關(guān)鍵“裝置”,然而他具有極高的寄生參數(shù),會(huì)帶來(lái)很多寄生干擾和問題。
PCB過孔規(guī)則
使用盡可能的多的過孔連接不同層,且間隔不大于信號(hào)波長(zhǎng)的λ/20;
“地孔伴隨”,在信號(hào)線附近設(shè)置盡可能的多的過孔,以降低過孔的寄生電感,見圖5;
焊盤和焊點(diǎn)不要共用過孔,盡量獨(dú)立;
盡量避免射頻信號(hào)跨層;
QFN封裝的器件,其底部設(shè)置盡可能多的過孔;
可以使用地孔來(lái)隔離干擾源和敏感電路;
PCB電容使用規(guī)則
射頻電路使用C0G/NP0兩種規(guī)格的電容,避免受到溫度變化的影響;
晶振的負(fù)載電容,使用C0G/NP0兩種規(guī)格的電容;
用于匹配的電容,應(yīng)工作在其自諧振頻率(SRF)以下;
射頻電路采用高Q的電容;
用于退耦的電容,沒必要采用C0G電容,一般采用X5R或X7R即可(根據(jù)溫度決定);
退耦電容采用SRF對(duì)應(yīng)值的電容;
建議使用小封裝的電容(如0201或0402),降低寄生參數(shù)對(duì)射頻電路的影響;
對(duì)于已經(jīng)匹配的射頻信號(hào)線路的隔直電容,最好采用SRF與信號(hào)頻率比較接近的電容,具有較低的ESR,減小信號(hào)的衰減。
PCB電感使用規(guī)則
采用高Q值的電感用于匹配電路,應(yīng)工作在其自諧振頻率(SRF)以下;
用于濾波的電感,應(yīng)使用其自諧振頻率接近噪聲頻率;
相鄰電感不要平行放置,應(yīng)盡量增加距離并垂直放置;
射頻陶瓷電感具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)和較高的SRF,但是其Q值較低同時(shí)耐流較差,尤其高感值的電感,使用時(shí)仔細(xì)核對(duì)器件手冊(cè);
繞線電感具有極低的直流電阻,高的Q值和較大的耐流;綜合繞線電感的性能優(yōu)于陶瓷電感,但成本較高。
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