本文羅列了各種不同的設(shè)計(jì)疏忽，探討了每種失誤導(dǎo)致電路故障的原因，并給出了如何避免這些設(shè)計(jì)缺陷的建議。本文以FR-4電介質(zhì)、厚度0.0625in的雙層PCB為例，電路板底層接地。工作頻率介于315MHz到915MHz之間的不同頻段，Tx和Rx功率介于-120dBm至+13dBm之間。

　　電感方向

　　當(dāng)兩個(gè)電感（甚至是兩條PCB走線）彼此靠近時(shí)，將會產(chǎn)生互感。個(gè)電路中的電流所產(chǎn)生的磁場會對第二個(gè)電路中的電流產(chǎn)生激勵(lì)（圖1）。這一過程與變壓器初級、次級線圈之間的相互影響類似。當(dāng)兩個(gè)電流通過磁場相互作用時(shí)，所產(chǎn)生的電壓由互感LM決定：

　　式中，YB是向電路B注入的誤差電壓，IA是在電路A作用的電流1。LM對電路間距、電感環(huán)路面積（即磁通量）以及環(huán)路方向非常敏感。因此，緊湊的電路布局和降低耦合之間的平衡是正確排列所有電感的方向。

　　圖1.磁力線

　　由圖1的磁力線可以看出互感與電感排列方向有關(guān)。

　　對電路B的方向進(jìn)行調(diào)整，使其電流環(huán)路平行于電路A的磁力線。為達(dá)到這一目的，盡量使電感互相垂直。

　　圖2.兩種不同的PCB布局

　　圖2中所示為兩種不同的PCB布局，其中一種布局的元件排列方向不合理（L1和L3），另一種的方向排列則更為合適。

　　應(yīng)遵循原則：電感間距應(yīng)盡可能遠(yuǎn);電感排列方向成直角，使電感之間的串?dāng)_降至。

　　引線耦合

　　如同電感排列方向會影響磁場耦合一樣，如果引線彼此過于靠近，也會影響耦合。這種布局問題也會產(chǎn)生所謂的互感。RF電路關(guān)心問題之一即為系統(tǒng)敏感部件的走線，例如輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、接收器的諧振槽路、發(fā)送器的天線匹配網(wǎng)絡(luò)等。

　　返回電流通路須盡可能靠近主電流通道，將輻射磁場降至。這種布局有助于減小電流環(huán)路面積。返回電流的理想低阻通路通常是引線下方的接地區(qū)域—將環(huán)路面積有效限制在電介質(zhì)厚度乘以引線長度的區(qū)域。但是，如果接地區(qū)域被分割開，則會增大環(huán)路面積（圖3）。對于穿過分割區(qū)域的引線，返回電流將被強(qiáng)制通過高阻通路，大大提高了電流環(huán)路面積。這種布局還使電路引線更容易受互感的影響。

　　圖3.完整的大面積接地有助于改善系統(tǒng)性能

　　對于一個(gè)實(shí)際電感，引線方向?qū)Υ艌鲴詈系挠绊懸埠艽?。如果敏感電路的引線必須彼此靠近，將引線方向垂直排列，以降低耦合（圖4）。如果無法做到垂直排列，則可考慮使用保護(hù)線。

　　圖4.可能存在的磁力線耦合

　　應(yīng)遵循原則：引線下方應(yīng)保證完整接地;敏感引線應(yīng)垂直排列;如果引線必須平行排列，須確保足夠的間距或采用保護(hù)線。

　　接地過孔

　　RF電路布局的主要問題通常是電路的特征阻抗不理想，包括電路元件及其互聯(lián)。引線覆銅層較薄，則等效于電感線，并與鄰近的其它引線形成分布電容。引線穿過過孔時(shí)，也會表現(xiàn)出電感和電容特性。

　　過孔電容主要源于過孔焊盤側(cè)的覆銅與地層覆銅之間構(gòu)成的電容，它們之間由一個(gè)相當(dāng)小的圓環(huán)隔開。另外一個(gè)影響源于金屬過孔本身的圓柱。寄生電容的影響一般較小，通常只會造成高速數(shù)字信號的邊沿變差。

　　過孔的影響是相應(yīng)的互聯(lián)方式所引起的寄生電感。因?yàn)镽F PCB設(shè)計(jì)中，大多數(shù)金屬過孔尺寸與集總元件的尺寸相同，可利用簡單的公式估算電路過孔的影響（圖5）：

　　式中，LVIA為過孔的集總電感;h為過孔高度，單位為英寸;d為過孔直徑，單位為英寸2。

　　圖5.PCB橫截面用于估算寄生影響的過孔結(jié)構(gòu)

　　寄生電感往往對旁路電容的連接影響很大。理想的旁路電容在電源層與地層之間提供高頻短路，但是，非理想過孔則會影響地層和電源層之間的低感通路。典型的PCB過孔（d=10mil、h=62.5mil）大約等效于一個(gè)1.34nH電感。

　　如果敏感電路共用過孔，例如π型網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)臂，則會產(chǎn)生其它問題。例如，放置一個(gè)等效于集總電感的理想過孔，等效原理圖則與原電路設(shè)計(jì)有很大區(qū)別（圖6）。與共用電流通路的串?dāng)_一樣3，導(dǎo)致互感增大，加大串?dāng)_和饋通。

　　圖6.理想架構(gòu)與非理想架構(gòu)

　　圖6為理想架構(gòu)與非理想架構(gòu)比較，電路中存在潛在的“信號通路”。

　　應(yīng)遵循原則：確保對敏感區(qū)域的過孔電感建模;濾波器或匹配網(wǎng)絡(luò)采用獨(dú)立過孔;較薄的PCB覆銅會降低過孔寄生電感的影響。

　　接地與填充

　　接地或電源層定義了一個(gè)公共參考電壓，通過低阻通路為系統(tǒng)的所有部件供電。按照這種方式均衡所有電場，產(chǎn)生良好的屏蔽機(jī)制。

　　直流電流總是傾向于沿著低阻通路流通。同理，高頻電流也是優(yōu)先流過電阻的通路。所以，對于地層上方的標(biāo)準(zhǔn)PCB微帶線，返回電流試圖流入引線正下方的接地區(qū)域。按照上述引線耦合部分所述，割斷的接地區(qū)域會引入各種噪聲，進(jìn)而通過磁場耦合或匯聚電流而增大串?dāng)_（圖7）。

　　圖7.盡可能保持地層完整，否則返回電流會引起串?dāng)_

　　填充地也稱為保護(hù)線，通常將其用于電路中很難鋪設(shè)連續(xù)接地區(qū)域或需要屏蔽敏感電路的設(shè)計(jì)（圖8）。通過在引線兩端，或者是沿線放置接地過孔（即過孔陣列），增大屏蔽效應(yīng)。請不要將保護(hù)線與設(shè)計(jì)用來提供返回電流通路的引線相混合，這樣的布局會引入串?dāng)_。

　　圖8.RF系統(tǒng)設(shè)計(jì)中須避免覆銅線浮空，特別是需要鋪設(shè)銅皮的情況下

　　覆銅區(qū)域不接地（浮空）或僅在一端接地時(shí)，會制約其有效性。有些情況下，它會形成寄生電容，改變周圍布線的阻抗或在電路之間產(chǎn)生“潛在”通路，從而造成不利影響。簡而言之，如果在電路板上鋪設(shè)了一塊覆銅（非電路信號走線），來確保一致的電鍍厚度。覆銅區(qū)域應(yīng)避免浮空，因?yàn)樗鼈儠绊戨娐吩O(shè)計(jì)。

　　，確?？紤]天線附近任何接地區(qū)域的影響。任何單極天線都將接地區(qū)域、走線和過孔作為系統(tǒng)均衡的一部分，非理想均衡布線會影響天線的輻射效率和方向（輻射模板）。因此，不應(yīng)將接地區(qū)域直接放置在單極PCB引線天線的下方。

　　應(yīng)遵循原則：盡量提供連續(xù)、低阻的接地區(qū)域;填充線的兩端接地，并盡量采用過孔陣列;RF電路附近不要將覆銅線浮空，RF電路周圍不要鋪設(shè)銅皮;如果電路板包括多個(gè)地層，信號線從一側(cè)過度另一側(cè)時(shí)，鋪設(shè)一個(gè)接地過孔。