手机RF射频PCB板布局布线经验总结

由于许多理论上的不确定性，经常将射频（RF）电路板设计描述为一种“妖术”，但这种观点仅部分正确。还有许多准则和准则，射频电路板设计应遵循被忽视的法律。
但是，在实际设计中，真正的实际技术是当由于各种设计约束而无法准确实施这些准则和规则时，如何处理这些准则和规则。当然，还有许多值得讨论的重要RF设计主题，包括阻抗和阻抗匹配，绝缘层材料和层压板以及波长和波长，因此这些对移动电话的EMC和EMI有很大影响。总结设计手机PCB板的RF布局时必须满足的条件：
1.1尽可能隔离高功率射频放大器（HPA）和低噪声放大器（LNA）。简而言之，将高功率射频发射电路与低功率射频接收电路保持远离。手机具有许多功能和许多组件，但PCB的空间很小。同时，考虑到布线的设计过程是最高的，所有这些都需要更高的设计技能。这时，您可能需要设计四到六层PCB，并让它们交替而不是同时工作。大功率电路有时可能包括RF缓冲器和压控振荡器（VCO）。确保PCB的大功率区域至少有一块地。最好不要在上面有过孔。当然，铜越多越好。敏感的模拟信号应尽可能远离高速数字和RF信号。
1.2设计区域可以分为物理区域和电气区域。物理分区主要涉及组件布局，方向和屏蔽等问题；电气分区可以继续细分为用于配电，RF路由，敏感电路和信号以及接地的分区。

1.2.1我们讨论物理分区。组件布局是出色RF设计的关键。最有效的技术是首先将组件固定在RF路径上，并调整其方向以最大程度地减小RF路径的长度，并使输入远离输出并尽可能远。接地以分开大功率电路和小功率电路。
最有效的电路板堆叠方法是在表面层下面的第二层上布置主接地平面（主接地），并在表面层上尽可能多地布线RF线。最小化RF路径上的过孔尺寸不仅可以减小路径电感，还可以减少主接地上的焊点数量，并减少RF 能量泄漏到层压板中其他区域的机会。在物理空间中，线性电路（如多级放大器）通常足以将多个RF区域彼此隔离，但是双工器，混频器和IF放大器/混频器始终具有多个RF/IF信号，因此必须相互干扰。采取以尽量减少这种影响。
1.2.2 RF和IF走线应尽可能交叉，并且在它们之间应尽可能地隔开一块地。正确的RF路径对于整个PCB板的性能非常重要，这就是为什么在手机PCB板设计中大部分时间都使用元件布局的原因。在手机PCB板设计中，通常可以将低噪声放大器电路放在PCB板的一侧，将大功率放大器放在另一侧，最后将它们连接到RF侧，并将基带处理在同一侧。由双工器。接收器侧的天线。需要一些技巧来确保直通孔不会将RF 能量从板的一侧传递到另一侧。常见的技术是在两侧都使用盲孔。通过将通孔布置在PCB两侧的无RF干扰的区域中，可以使通孔的不利影响最小化。有时，不可能确保多个电路块之间的充分隔离。在这种情况下，必须考虑使用金属屏蔽层在RF区域屏蔽RF 能量。金属屏蔽层必须焊接到地面，并且必须与金属屏蔽层分开。设备保持适当的距离，因此会占用宝贵的PCB板空间。尽可能确保屏蔽层的完整性非常重要。进入金属屏蔽层的数字信号线应尽可能穿过内层，并且布线层下方的PCB最好是接地层。 RF信号线可以从金属屏蔽层底部的小槽口和接地槽口的布线层伸出，但是在槽口周围尽可能多地，可以通过多个过孔连接不同层的接地线。

1.2.3正确有效的芯片电源去耦也很重要。许多带有集成线性电路的RF芯片对电源噪声非常敏感。通常，每个芯片最多需要使用四个电容器和一个隔离的电感器，以确保滤除所有电源噪声。集成电路或放大器通常具有漏极开路输出，因此需要上拉电感器来提供高阻抗RF负载和低阻抗DC电源。相同的原理适用于使该电感器上的电源去耦。有些芯片需要多个电源才能工作，因此您可能需要两到三组电容器和电感器才能分别对其去耦。电感器很少并联连接在一起，因为这将形成一个空心变压器并引起相互干扰。信号，因此它们之间的距离必须至少等于其中一个设备的高度，或者以直角排列以最小化它们的互感。
1.2.4电气分区的原理与物理分区基本相同，但是还涉及其他因素。手机的某些部分使用不同的工作电压，并受软件控制以延长电池寿命。这意味着电话需要使用多个电源，这会带来更多的隔离问题。电源通常从连接器引入，然后立即去耦，以滤除板外的任何噪声，然后通过一组开关或调节器进行分配。手机PCB板上大多数电路的DC电流都非常小，因此走线宽度通常不是问题。但是，必须为高功率放大器的电源提供一条尽可能宽的单独高电流线路，以最大程度地减小传输电压降。为了避免过多的电流损耗，需要多个通孔将电流从一层传递到另一层。此外，如果无法在电源引脚端完全解耦大功率放大器，则大功率噪声会散发到整个电路板上，并引起各种问题。大功率放大器的接地至关重要，通常需要金属屏蔽。在大多数情况下，使RF输出远离RF输入也很重要。这也适用于放大器，缓冲器和滤波器。在最坏的情况下，如果放大器和缓冲器的输出以适当的相位和幅度反馈到其输入，则它们很可能产生自激振荡。最好的情况是，它们可以在任何温度和电压条件下稳定工作。
实际上，它们可能变得不稳定，并在RF信号中增加噪声和互调信号。如果必须将RF信号线从滤波器的输入端缠绕到输出端，则可能会严重损坏滤波器的带通特性。为了使输入和输出良好隔离，必须首先在滤波器周围放置一圈接地，然后必须在滤波器的下部区域放置一块接地并连接到滤波器周围的主要接地过滤。将需要通过滤波器的信号线尽量远离滤波器引脚也是一个好主意。

此外，必须注意将整个电路板接地，否则将引入耦合通道。有时，您可以选择使用单端或平衡RF信号线。交叉干扰和EMC/EMI的原理也适用于此。平衡的RF信号线如果正确布线，可以减少噪声和交叉干扰，但是它们的阻抗通常较高，必须保持合理的线宽才能获得匹配的信号源，走线和负载阻抗。实际的接线可能会有些困难。该缓冲器可用于改善隔离效果，因为它可以将同一信号分为两部分并用于驱动不同的电路，特别是本地振荡器可能需要一个缓冲器来驱动多个混频器。当混频器在RF频率达到共模隔离时，它将无法正常工作。缓冲器可以很好地隔离不同频率下的阻抗变化，从而使电路不会相互干扰。缓冲区对设计有很大帮助。它们可以跟随需要驱动的电路，因此高功率输出走线非常短。由于缓冲器的输入信号电平相对较低，因此它们不容易被其他电路干扰。压控振荡器（VCO）可以将变化的电压转换为变化的频率。此功能用于高速通道切换，但它们还将控制电压上的少量噪声转换为较小的频率变化，这使RF信号增加了噪声。
1.2.5为确保不增加噪声，必须考虑以下几个方面：首先，控制线的预期带宽可能在DC到2MHz的范围内，并且几乎不可能通过滤波去除如此宽的噪声带;第二，VCO控制线通常是控制频率的反馈回路的一部分。它会在许多地方引入噪声，因此您必须非常小心地处理VCO控制线。确保射频走线下方的接地牢固，并且所有组件均已牢固连接至主接地，并且与可能引起噪声的其他走线隔离。另外，为了确保VCO的电源完全去耦，由于VCO的RF输出通常是一个较高的电平，因此VCO的输出信号很可能会干扰其他电路，因此必须特别注意VCO。实际上，VCO通常放置在RF区域的末端，有时需要金属屏蔽。谐波振电路（一个用于发送器，另一个用于接收器）与VCO相关，但也具有自己的特性。简而言之，谐波振电路是带有电容二极管的并联谐波振电路，有助于设置VCO工作频率并将语音或数据调制到RF信号上。所有VCO设计原则也适用于谐波振电路。谐波振电路通常对噪声非常敏感，因为它包含大量组件，在电路板上具有较宽的分布区域，并且通常在很高的RF频率下工作。

(2)、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm,最经细宽度可达0.05～0.07mm,电源线为1.2～2.5mm。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路,即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用)

(3)、用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。
自动增益控制（AGC）放大器也是一个容易出现问题的领域。发射和接收电路都将具有AGC放大器。 AGC放大器通常可以有效地滤除噪声，但是由于移动电话具有处理发送和接收信号强度的快速变化的能力，因此AGC电路需要相当宽的带宽，这使得在某些关键电路上引入AGC放大器变得容易。噪声。 AGC线路的设计必须遵循良好的模拟电路设计技术，该技术与运算放大器的短输入引脚和短反馈路径有关，两者都必须远离RF，IF或高速数字信号走线。同样，也需要良好的接地，并且芯片的电源必须良好地去耦。如果有必要在输入或输出处排长线，则最好使用输出。通常，输出的阻抗要低得多，并且不容易引起噪声。通常，信号电平越高，越容易将噪声引入其他电路。在所有PCB设计中，通常的原则是使数字电路尽可能远离模拟电路，这也适用于RFPCB设计。通用模拟地和用于屏蔽和分离信号线的地通常同样重要。因此，在设计的早期阶段，仔细计划和考虑组件布局以及彻底的布局* 估都非常重要。 RF线远离模拟线和一些非常重要的数字信号。所有射频走线，焊盘和组件均应尽可能地接地铜填充，并尽可能与主接地连接。
如果射频走线必须穿过信号线，请尝试沿着射频走线将它们之间的接地层路由到主接地。如果不可能，则必须确保它们相互交叉。这样可以最大程度地减少电容耦合，同时在每个RF迹线周围放置更多接地并将其连接到主接地。另外，最小化平行射频走线之间的距离可以最小化电感耦合。将整块接地平面直接放置在表面下的第一层上时，最有效的方法是谨慎的设计方法也可以使用。在PCB的每一层上尽可能多地接地，并将它们连接到主接地。尽量将走线布线在一起，以增加内部信号层和配电层中的绘图数量，并适当调整走线，以便可以将接地连接过孔布线到表面上的隔离图。 PCB的所有层拾取或注入像小天线一样的噪声时，都应避免在其所有层上留出空间接地。在大多数情况下，如果您无法将它们连接到主要区域，则最好将其删除。
1.3在设计手机PCB板时，应注意以下几个方面
1.3.1处理电源和接地
即使整个PCB上的布线做得非常好，由于电源和接地线考虑不当造成的干扰也会降低产品的性能，有时甚至会影响产品的成功率。

1.3.2数字和模拟电路的公共接地处理
许多PCB不再是单一功能的电路（数字或模拟电路），而是由数字和模拟电路的混合物组成。因此，在布线路上，必须考虑它们之间的相互干扰，尤其是对地线的噪声干扰。数字电路的频率高，模拟电路的灵敏度高。对于信号线，高频信号线应该尽可能远离敏感的模拟电路设备。对于地线，整个PCB仅有一个到外部Point的结，因此数字和模拟地必须在PCB内部处理，但是数字地和模拟地实际上是在板内部分开的，它们没有连接彼此之间，但仅在PCB与外界连接的接口处等待）。数字地短路到模拟地。请注意，只有一个连接点。 PCB上也有不常见的接地，这取决于系统设计。
1.3.3 信号线 布在电气（接地）层上
在多层印刷板布线中，由于在信号线层中没有足够的布完成线，因此剩余的线不多。添加更多的层将导致浪费并增加生产工作量和成本。也有相应的增加。要解决此矛盾，您可以考虑在电气（接地）层上执行布线路。首先应考虑电源平面，然后再考虑接地平面。因为最好是保留队形的完整性。
1.3.4大面积导体连接脚的处理
在大面积接地（电）中，常用组件的支脚连接到该接地。连接腿的处理需要综合考虑。在电气性能方面，最好将组件脚的焊盘完全连接到铜表面。组件的焊接组装中存在一些潜在的危险，例如：①焊接需要大功率加热器。 ②容易造成虚假的焊点。因此，考虑到电气性能和工艺要求，制成了十字形垫，称为隔热板（通常称为导热垫）。以此方式，可以避免由于焊接过程中的截面过热而产生虚焊点的可能性。减少很多。多层板的接地脚的处理相同。

网络系统在1.3.5 布线中的作用
在许多CAD系统中，布线是基于网络系统确定的。尽管路径增加了，但网格过于密集，但是步阶太小，并且图像字段中的数据量太大。这将不可避免地对设备的存储空间以及目标计算机电子设备的计算速度提出更高的要求。影响很大。并且某些路径无效，例如被组件脚的焊盘占据或被安装孔和固定孔占据。网格太稀疏，通道太少对扩展率影响很大。因此，必须有一个密集且合理的网格系统来支持布线。标准组件的支腿之间的距离为0.1英寸（2.54mm），因此网格系统的基础通常设置为0.1英寸（2.54mm）或小于0.1英寸的整数倍，例如：0.05英寸，0.025英寸，0.02英寸等
1.4高频PCB设计的技术和方法如下：
1.4.1应使用传输线的45°角以减少回波损耗。
1.4.2应使用高性能绝缘电路板，其绝缘常数必须严格控制水平。此方法有助于有效管理绝缘材料和相邻的布线之间的电磁场。
1.4.3有必要提高与高精度蚀刻相关的PCB设计规范。考虑到指定的线宽总误差+/- 0.0007英寸，管理布线形状的底切和横截面，并指定布线侧壁电镀条件。 布线（导线）几何形状和涂层表面的整体管理对于解决与微波频率相关的趋肤效应问题并实现这些规格至关重要。
1.4.4亮点引线有抽头电感。避免使用引线组件。在高频环境中，最好使用表面贴装组件。
1.4.5对于信号过孔，请避免在敏感板上使用pth工艺，因为该过程会在过孔中产生引线电感。
1.4.6提供充足的接地平面。模制孔用于连接这些接地层，以防止3D电磁场影响电路板。
1.4.7要选择非电解镍镀层或浸金镀层，请勿使用HASL进行电镀。该镀层表面为高频电流提供了更好的集肤效果（图2）。此外，这种高度可焊的涂层所需的引线更少，有助于减少环境污染。
1.4.8阻焊层可防止锡膏流动。但是，由于厚度的不确定性和绝缘性能的未知，用阻焊剂材料覆盖整个板表面将在微带设计中引起电磁能量的较大变化。通常将Solderdam用作阻焊层。电磁场。在这种情况下，我们管理从微带到同轴电缆的过渡。在同轴电缆中，接地平面缠绕成环形并均匀间隔。

1.5电磁兼容设计
电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中以协调有效的方式工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备不仅能够抑制各种外部干扰，使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，而且还可以减少电子设备本身对其他电子设备的电磁干扰。
1.5.1选择合理的线宽
由于瞬变电流对印制线的冲击干扰主要是由印刷导线的电感成分引起的，因此应使印刷导线的电感最小。印刷导线的电感与长度成正比，与宽度成反比，因此，短而细的导线有利于抑制干扰。线路驱动器的时钟引线、信号线或总线驱动器通常会携带较大的瞬变电流，并且印刷导线应尽可能短。对于分立元件电路，当印刷导线的宽度约为1.5mm时，就可以完全满足要求。对于集成电路，印刷线的宽度可以在0.2到1.0毫米之间选择。
1.5.2使用正确的接线策略
使用相等的布线可以减少导线的电感，但是导线之间的互感和分布电容会增加。如果布局允许，最好使用正方形网格布线结构。然后在交叉孔处连接金属化孔。
1.5.3为了抑制印刷电路板导体之间的串扰，请在设计布线时尽量避免长而等的走线，并尽可能延长导线之间的距离，信号线和地线与电源线交叉。在对干扰非常敏感的某些信号线之间设置接地的印制线，可以有效抑制串扰。
1.5.4为了避免高频信号通过印刷导体时产生的电磁辐射，在对印刷电路板进行布线时还应注意以下几点：
（1）最小化印刷导线的不连续性，例如，导线的宽度不应突然，导线的角应大于90度。禁止循环布线。
（2）时钟信号引线最容易受到电磁辐射的干扰。接线时，它应靠近地线 回路，驱动器应靠近连接器。
（3）总线驱动程序应该靠近它要驱动的总线。对于那些离开印刷电路板的引线，驱动器应在连接器旁边。
（4）数据总线的接线应被信号地线夹在每两个信号线之间。最好将引线放在最不重要的地址引线旁边，因为后者经常承载高频电流。
（5）在印刷电路板上布置高速，中速和低速逻辑电路时，器件的布置应如图1所示。