什么是射頻電路

射頻簡(jiǎn)稱(chēng)RF，射頻就是射頻電流，它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱(chēng)。每秒變化小于1000次的交流電稱(chēng)為低頻電流，大于1000次的稱(chēng)為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流。

射頻電路指處理信號(hào)的電磁波長(zhǎng)與電路或器件尺寸處于同一數(shù)量級(jí)的電路。此時(shí)由于器件尺寸和導(dǎo)線(xiàn)尺寸的關(guān)系，電路需要用分布參數(shù)的相關(guān)理論來(lái)處理，這類(lèi)電路都可以認(rèn)為是射頻電路，對(duì)其頻率沒(méi)有嚴(yán)格要求，如長(zhǎng)距離傳輸?shù)慕涣鬏旊娋€(xiàn)（50或60Hz）有時(shí)也要用RF的相關(guān)理論來(lái)處理。

射頻電路的原理及發(fā)展

射頻電路最主要的應(yīng)用領(lǐng)域就是無(wú)線(xiàn)通信，圖1為一個(gè)典型的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的框圖，下面以這個(gè)系統(tǒng)為例分析射頻電路在整個(gè)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的作用。
這是一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信收發(fā)機(jī)（tranceiver）的系統(tǒng)模型，它包含了發(fā)射機(jī)電路、接收機(jī)電路以及通信天線(xiàn)。這個(gè)收發(fā)機(jī)可以應(yīng)用于個(gè)人通信和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)中。在這個(gè)系統(tǒng)中，數(shù)字處理部分主要是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，包括采樣、壓縮、編碼等；然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器變成模擬形式進(jìn)入模擬信號(hào)電路單元。
模擬信號(hào)電路分為兩部分：發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分的主要作用是：數(shù)- 模轉(zhuǎn)換輸出的低頻模擬信號(hào)與本地振蕩器提供的高頻載波經(jīng)過(guò)混頻器上變頻成射頻調(diào)制信號(hào)，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)天線(xiàn)輻射到空間中去。接收部分的主要作用是：空間輻射 信號(hào)經(jīng)過(guò)天線(xiàn)耦合到接收電路中去，接收到的微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大器被放大后與本地振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器下變頻為包含中頻信號(hào)分量的信號(hào)。濾波器的作用就是 將有用的中頻信號(hào)濾出來(lái)后輸入模-數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)入數(shù)字處理部分處理。

圖1以TriQuint公司的TGA4506-SM為例，給出了這個(gè)放大器的電路板圖，注意到輸入信號(hào)是通過(guò)一個(gè)經(jīng)過(guò)匹配濾波網(wǎng)絡(luò)輸入放大模塊。放大模塊一般采用晶體管的共射極結(jié)構(gòu)，其輸入阻抗必須與位于低噪聲放大器前面的濾波器的輸出阻抗相匹配，從而保證最佳傳輸功率和最小反射系數(shù)，對(duì)于射頻電路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，這種匹配是必須的。此外，低噪聲放大器的輸出阻抗必須與其后端的混頻器輸入阻抗相匹配，同樣能保證放大器輸出的信號(hào)能完全、無(wú)反射的輸入到混頻器中去。這些匹配網(wǎng)絡(luò)是由微帶線(xiàn)組成，在有些時(shí)候也可能由獨(dú)立的無(wú)源器件組成，但是它們?cè)诟哳l情況下的電特性與在低頻的情況下完全不同。圖上還可以看出微帶線(xiàn)實(shí)際上是一定長(zhǎng)度和寬度的敷銅帶，與微帶線(xiàn)連接的是片狀電阻、電容和電感。

圖1 TGA4506-SM電路版圖　　

圖2 用于個(gè)人通信終端的低噪聲放大器電路板圖

在電子學(xué)理論中，電流流過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周?chē)鷷?huì)形成磁場(chǎng)；交變電流通過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)體周?chē)鷷?huì)形成交變的電磁場(chǎng)，稱(chēng)為電磁波。

在電磁波頻率低于100khz時(shí)，電磁波會(huì)被地表吸收，不能形成有效的傳輸，但電磁波頻率高于100khz時(shí)，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱(chēng)為射頻，英文縮寫(xiě)：RF。

高頻電路基本上是由無(wú)源元件、有源器件和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)組成的。高頻電路中使用的元器件與低頻電路中使用的元器件頻率特性是不同的。高頻電路中無(wú)源線(xiàn)性元件主要是電阻（器）、電容（器）和電感（器）。

在電子技術(shù)領(lǐng)域，射頻電路的特性不同于普通的低頻電路。主要原因是在高頻條件下，電路的特性與低頻條件下不同，因此需要利用射頻電路理論去理解射頻電路的 工作原理。在高頻條件下，雜散電容和雜散電感對(duì)電路的影響很大。雜散電感存在于導(dǎo)線(xiàn)連接以及組件本身存在的內(nèi)部自感。雜散電容存在于電路的導(dǎo)體之間以及組件和地之間。在低頻電路中，這些雜散參數(shù)對(duì)電路的性能影響很小，隨著頻率的增加，雜散參數(shù)的影響越來(lái)越大。在早期的VHF頻段電視接收機(jī)中的高頻頭，以及通信接收機(jī)的前端電路中，雜散電容的影響都非常大以至于不再需要另外添加電容。

此外，在射頻條件下電路存在趨膚效應(yīng)。與直流不同的是，在直流條件下電流在整個(gè)導(dǎo)體中流動(dòng)，而在高頻條件下電流在導(dǎo)體表面流動(dòng)。其結(jié)果是，高頻的交流電阻要大于直流電阻。

在高頻電路中的另一個(gè)問(wèn)題是電磁輻射效應(yīng)。隨著頻率的增加，當(dāng)波長(zhǎng)可與電路尺寸12比擬時(shí)，電路會(huì)變?yōu)橐粋€(gè)輻射體。這時(shí)，在電路之間、電路和外部環(huán)境之間會(huì)產(chǎn)生各種耦合效應(yīng)，因而引出許多干擾問(wèn)題。這些問(wèn)題在低頻條件下往往是無(wú)關(guān)緊要的。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信設(shè)備所用頻率日益提高，射頻（RF）和微波（MW）電路在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，高頻電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了工業(yè)界的特別關(guān)注，新型半導(dǎo)體器件更使得高速數(shù)字系統(tǒng)和高頻模擬系統(tǒng)不斷擴(kuò)張。微波射頻識(shí)別系統(tǒng)（RFID）的載波頻率在915MHz和2450MHz頻率范圍內(nèi)；全球定位系統(tǒng) （GPS）載波頻率在1227.60MHz和1575.42MHz的頻率范圍內(nèi)；個(gè)人通信系統(tǒng)中的射頻電路工作在1.9GHz，并且可以集成于體積日益變 小的個(gè)人通信終端上；在C波段衛(wèi)星廣播通信系統(tǒng)中包括4GHz的上行通信鏈路和6GHz的下行通信鏈路。通常這些電路的工作頻率都在1GHz以上，并且隨 著通信技術(shù)的發(fā)展，這種趨勢(shì)會(huì)繼續(xù)下去。但是，處理這種頻率很高的電路，不僅需要特別的設(shè)備和裝置，而且需要直流和低頻電路中沒(méi)有用到的理論知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

射頻電路的應(yīng)用

RF（Radio Frequency）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如：電視、廣播、移動(dòng)電話(huà)、雷達(dá)、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等。專(zhuān)用詞RFID（射頻識(shí)別）即指應(yīng)用射頻識(shí)別信號(hào)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別。RFID的應(yīng)用包括：

ETC（電子收費(fèi)）

鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛識(shí)別與跟蹤

集裝箱識(shí)別

貴重物品的識(shí)別、認(rèn)證及跟蹤

商業(yè)零售、醫(yī)療保健、后勤服務(wù)等的目標(biāo)物管理

出入門(mén)禁管理

動(dòng)物識(shí)別、跟蹤

車(chē)輛自動(dòng)鎖死（防盜）

射頻頻段頻段的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：

1. 衛(wèi)星通信與衛(wèi)星電視廣播

* 雙邊帶廣播系統(tǒng)（DBS-Direct Broadcast System）

* C波段 ：4/6GHz，下行4 GHz，上行6 GHz

* Ku波段：12/15GHz，下行12GHz，上行15GHz

* 衛(wèi)星間通信：36GHz

2. 微波中繼通信

* 干線(xiàn)微波：2.1GHz，8GHz，11GHz

* 支線(xiàn)微波：6GHz，8GHz，11GHz，36GH

* 農(nóng)村多址（一點(diǎn)多址）：1.5GHz，2.4GHz，2.6GHz

3. 雷達(dá)、氣象、測(cè)距、定位

* 雷達(dá)遠(yuǎn)程警戒：P，L，S，C

* 精確制導(dǎo)：X，Ka

* 氣象：1.7 GHz，0.1375GHz

* 汽車(chē)防撞、自動(dòng)記費(fèi)：36 GHz，60GHz

* 防盜：9.4 GHz

* 全球定位：1227.60MHz和1575.42MHz

4. 射電天文：36GHz， 94GHz， 125GHz；

5. 計(jì)算機(jī)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)：2.5 GHz， 5.8 GHz， 36GHz。

射頻電路設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題

1、數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾

如果模擬電路（射頻）和數(shù)字電路單獨(dú)工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個(gè)電源一起工作，整個(gè)系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。這主要是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)頻繁地在地和正電源（>3 V）之間擺動(dòng)，而且周期特別短，常常是納秒級(jí)的。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間。使得這些數(shù)字信號(hào)包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無(wú)線(xiàn)調(diào)諧回路傳到無(wú)線(xiàn)設(shè)備接收部分的信號(hào)一般小于lμV。因此數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)之間的差別會(huì)達(dá)到120dB。顯然，如果不能使數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)很好地分離。微弱的射頻信號(hào)可能遭到破壞，這樣一來(lái)，無(wú)線(xiàn)設(shè)備工作性能就會(huì)惡化，甚至完全不能工作。

2、供電電源的噪聲干擾

射頻電路對(duì)于電源噪聲相當(dāng)敏感，尤其是對(duì)毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)短時(shí)間突然吸人大部分電流，這是由于現(xiàn)代微控制器都采用 CMOS工藝制造。因此。假設(shè)一個(gè)微控制器以lMHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率運(yùn)行，它將以此頻率從電源提取電流。如果不采取合適的電源去耦，必將引起電源線(xiàn)上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達(dá)電路RF部分的電源引腳，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致工作失效。

3、不合理的地線(xiàn)

如果RF電路的地線(xiàn)處理不當(dāng)，可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對(duì)于數(shù)字電路設(shè)計(jì)，即使沒(méi)有地線(xiàn)層，大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF頻段，即使一根很短的地線(xiàn)也會(huì)如電感器一樣作用。粗略地計(jì)算，每毫米長(zhǎng)度的電感量約為l nH，433 MHz時(shí)10toni PCB線(xiàn)路的感抗約27Ω。如果不采用地線(xiàn)層，大多數(shù)地線(xiàn)將會(huì)較長(zhǎng)，電路將無(wú)法具有設(shè)計(jì)的特性。

4、天線(xiàn)對(duì)其他模擬電路部分的輻射干擾

在PCB電路設(shè)計(jì)中，板上通常還有其他模擬電路。例如，許多電路上都有模，數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）或數(shù)／模轉(zhuǎn)換器（DAC）。射頻發(fā)送器的天線(xiàn)發(fā)出的高頻信號(hào)可能會(huì)到達(dá)ADC的模擬淙攵?。因挝何稻湉U唄范伎贍莧縑煜咭謊⒊齷蚪郵誖F信號(hào)。如果ADC輸入端的處理不合理，RF信號(hào)可能在ADC輸入的ESD二極管內(nèi)自激。從而引起ADC偏差。

射頻電路布局原則

在設(shè)計(jì)RF布局時(shí)，必須優(yōu)先滿(mǎn)足以下幾個(gè)總原則：
　?。?）盡可能地把高功率RF放大器（HPA）和低噪音放大器（LNA）隔離開(kāi)來(lái)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是讓高功率RF發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率RF接收電路；

　?。?）確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地，最好上面沒(méi)有過(guò)孔，當(dāng)然，銅箔面積越大越好；

　?。?）電路和電源去耦同樣也極為重要；

　?。?）RF輸出通常需要遠(yuǎn)離RF輸入；

　?。?）敏感的模擬信號(hào)應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和RF信。
?

物理分區(qū)、電氣分區(qū)設(shè)計(jì)分區(qū)

可以分解為物理分區(qū)和電氣分區(qū)。物理分區(qū)主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等問(wèn)題；電氣分區(qū)可以繼續(xù)分解為電源分配、RF走線(xiàn)、敏感電路和信號(hào)以及接地等的分區(qū)。

1、我們討論物理分區(qū)問(wèn)題
元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀RF設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，最有效的技術(shù)是首先固定位于RF路徑上的元器件，并調(diào)整其朝向以將RF路徑的長(zhǎng)度減到最小，使輸入遠(yuǎn)離輸出，并盡可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路。

最有效的電路板堆疊方法是將主接地面（主地）安排在表層下的第二層，并盡可能將RF線(xiàn)走在表層上。將RF路徑上的過(guò)孔尺寸減到最小不僅可以減少路徑電感，而且還可以減少主地上的虛焊點(diǎn)，并可減少RF能量泄漏到層疊板內(nèi)其他區(qū)域的機(jī)會(huì)。在物理空間上，像多級(jí)放大器這樣的線(xiàn)性電路通常足以將多個(gè)RF區(qū)之間相互隔離開(kāi)來(lái)，但是雙工器、混頻器和中頻放大器/混頻器總是有多個(gè)RF/IF信號(hào)相互干擾，因此必須小心地將這一影響減到最小。

2、RF與IF走線(xiàn)應(yīng)盡可能走十字交叉，并盡可能在它們之間隔一塊地
正確的RF路徑對(duì)整塊PCB板的性能而言非常重要，這也就是為什么元器件布局通常在手機(jī)PCB板設(shè)計(jì)中占大部分時(shí)間的原因。在手機(jī)PCB板設(shè)計(jì)上，通?？梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁赑CB板的某一面，而高功率放大器放在另一面，并最終通過(guò)雙工器把它們?cè)谕幻嫔线B接到RF端和基帶處理器端的天線(xiàn)上。需要一些技巧來(lái)確保直通過(guò)孔不會(huì)把RF能量從板的一面?zhèn)鬟f到另一面，常用的技術(shù)是在兩面都使用盲孔?？梢酝ㄟ^(guò)將直通過(guò)孔安排在PCB板兩面都不受RF干擾的區(qū)域來(lái)將直通過(guò)孔的不利影響減到最小。

有時(shí)不太可能在多個(gè)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將射頻能量屏蔽在RF區(qū)域內(nèi)，金屬屏蔽罩必須焊在地上，必須與元器件保持一個(gè)適當(dāng)距離，因此需要占用寶貴的PCB板空間。盡可能保證屏蔽罩的完整非常重要，進(jìn)入金屬屏蔽罩的數(shù)字信號(hào)線(xiàn)應(yīng)該盡可能走內(nèi)層，而且最好走線(xiàn)層的下面一層PCB是地層。RF信號(hào)線(xiàn)可以從金屬屏蔽罩底部的小缺口和地缺口處的布線(xiàn)層上走出去，不過(guò)缺口處周?chē)M可能地多布一些地，不同層上的地可通過(guò)多個(gè)過(guò)孔連在一起。

3、恰當(dāng)和有效的芯片電源去耦也非常重要
許多集成了線(xiàn)性線(xiàn)路的RF芯片對(duì)電源的噪音非常敏感，通常每個(gè)芯片都需要采用高達(dá)四個(gè)電容和一個(gè)隔離電感來(lái)確保濾除所有的電源噪音。一塊集成電路或放大器常常帶有一個(gè)開(kāi)漏極輸出，因此需要一個(gè)上拉電感來(lái)提供一個(gè)高阻抗RF負(fù)載和一個(gè)低阻抗直流電源，同樣的原則也適用于對(duì)這一電感端的電源進(jìn)行去耦。

有些芯片需要多個(gè)電源才能工作，因此你可能需要兩到三套電容和電感來(lái)分別對(duì)它們進(jìn)行去耦處理，電感極少并行靠在一起，因?yàn)檫@將形成一個(gè)空芯變壓器并相互感應(yīng)產(chǎn)生干擾信號(hào)，因此它們之間的距離至少要相當(dāng)于其中一個(gè)器件的高度，或者成直角排列以將其互感減到最小。

4、電氣分區(qū)原則大體上與物理分區(qū)相同，但還包含一些其它因素
手機(jī)的某些部分采用不同工作電壓，并借助軟件對(duì)其進(jìn)行控制，以延長(zhǎng)電池工作壽命。這意味著手機(jī)需要運(yùn)行多種電源，而這給隔離帶來(lái)了更多的問(wèn)題。

電源通常從連接器引入，并立即進(jìn)行去耦處理以濾除任何來(lái)自線(xiàn)路板外部的噪聲，然后再經(jīng)過(guò)一組開(kāi)關(guān)或穩(wěn)壓器之后對(duì)其進(jìn)行分配。手機(jī)PCB板上大多數(shù)電路的直流電流都相當(dāng)小，因此走線(xiàn)寬度通常不是問(wèn)題，不過(guò)，必須為高功率放大器的電源單獨(dú)走一條盡可能寬的大電流線(xiàn)，以將傳輸壓降減到最低。為了避免太多電流損耗，需要采用多個(gè)過(guò)孔來(lái)將電流從某一層傳遞到另一層。此外，如果不能在高功率放大器的電源引腳端對(duì)它進(jìn)行充分的去耦，那么高功率噪聲將會(huì)輻射到整塊板上，并帶來(lái)各種各樣的問(wèn)題。

高功率放大器的接地相當(dāng)關(guān)鍵，并經(jīng)常需要為其設(shè)計(jì)一個(gè)金屬屏蔽罩。在大多數(shù)情況下，同樣關(guān)鍵的是確保RF輸出遠(yuǎn)離RF輸入。這也適用于放大器、緩沖器和濾波器。在最壞情況下，如果放大器和緩沖器的輸出以適當(dāng)?shù)南辔缓驼穹答伒剿鼈兊妮斎攵?，那么它們就有可能產(chǎn)生自激振蕩。在最好情況下，它們將能在任何溫度和電壓條件下穩(wěn)定地工作。

實(shí)際上，它們可能會(huì)變得不穩(wěn)定，并將噪音和互調(diào)信號(hào)添加到RF信號(hào)上。如果射頻信號(hào)線(xiàn)不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端，這可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p害濾波器的帶通特性。為了使輸入和輸出得到良好的隔離，首先必須在濾波器周?chē)家蝗Φ?，其次濾波器下層區(qū)域也要布一塊地，并與圍繞濾波器的主地連接起來(lái)。把需要穿過(guò)濾波器的信號(hào)線(xiàn)盡可能遠(yuǎn)離濾波器引腳也是個(gè)好方法。

此外，整塊板上各個(gè)地方的接地都要十分小心，否則會(huì)在引入一條耦合通道。有時(shí)可以選擇走單端或平衡RF信號(hào)線(xiàn)，有關(guān)交叉干擾和EMC/EMI的原則在這里同樣適用。平衡RF信號(hào)線(xiàn)如果走線(xiàn)正確的話(huà)，可以減少噪聲和交叉干擾，但是它們的阻抗通常比較高，而且要保持一個(gè)合理的線(xiàn)寬以得到一個(gè)匹配信號(hào)源、走線(xiàn)和負(fù)載的阻抗，實(shí)際布線(xiàn)可能會(huì)有一些困難。緩沖器可以用來(lái)提高隔離效果，因?yàn)樗砂淹粋€(gè)信號(hào)分為兩個(gè)部分，并用于驅(qū)動(dòng)不同的電路，特別是本振可能需要緩沖器來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)混頻器。

當(dāng)混頻器在RF頻率處到達(dá)共模隔離狀態(tài)時(shí)，它將無(wú)法正常工作。緩沖器可以很好地隔離不同頻率處的阻抗變化，從而電路之間不會(huì)相互干擾。緩沖器對(duì)設(shè)計(jì)的幫助很大，它們可以緊跟在需要被驅(qū)動(dòng)電路的后面，從而使高功率輸出走線(xiàn)非常短，由于緩沖器的輸入信號(hào)電平比較低，因此它們不易對(duì)板上的其它電路造成干擾。壓控振蕩器（VCO）可將變化的電壓轉(zhuǎn)換為變化的頻率，這一特性被用于高速頻道切換，但它們同樣也將控制電壓上的微量噪聲轉(zhuǎn)換為微小的頻率變化，而這就給RF信號(hào)增加了噪聲。

5、要保證不增加噪聲必須從以下幾個(gè)方面考慮
首先，控制線(xiàn)的期望頻寬范圍可能從DC直到2MHz，而通過(guò)濾波來(lái)去掉這么寬頻帶的噪聲幾乎是不可能的；其次，VCO控制線(xiàn)通常是一個(gè)控制頻率的反饋回路的一部分，它在很多地方都有可能引入噪聲，因此必須非常小心處理VCO控制線(xiàn)。要確保RF走線(xiàn)下層的地是實(shí)心的，而且所有的元器件都牢固地連到主地上，并與其它可能帶來(lái)噪聲的走線(xiàn)隔離開(kāi)來(lái)。
此外，要確保VCO的電源已得到充分去耦，由于VCO的RF輸出往往是一個(gè)相對(duì)較高的電平，VCO輸出信號(hào)很容易干擾其它電路，因此必須對(duì)VCO加以特別注意。事實(shí)上，VCO往往布放在RF區(qū)域的末端，有時(shí)它還需要一個(gè)金屬屏蔽罩。諧振電路（一個(gè)用于發(fā)射機(jī)，另一個(gè)用于接收機(jī)）與VCO有關(guān)，但也有它自己的特點(diǎn)。簡(jiǎn)單地講，諧振電路是一個(gè)帶有容性二極管的并行諧振電路，它有助于設(shè)置VCO工作頻率和將語(yǔ)音或數(shù)據(jù)調(diào)制到RF信號(hào)上。所有VCO的設(shè)計(jì)原則同樣適用于諧振電路。由于諧振電路含有數(shù)量相當(dāng)多的元器件、板上分布區(qū)域較寬以及通常運(yùn)行在一個(gè)很高的RF頻率下，因此諧振電路通常對(duì)噪聲非常敏感。

信號(hào)通常排列在芯片的相鄰腳上，但這些信號(hào)引腳又需要與相對(duì)較大的電感和電容配合才能工作，這反過(guò)來(lái)要求這些電感和電容的位置必須靠得很近，并連回到一個(gè)對(duì)噪聲很敏感的控制環(huán)路上。要做到這點(diǎn)是不容易的。

自動(dòng)增益控制（AGC）放大器同樣是一個(gè)容易出問(wèn)題的地方，不管是發(fā)射還是接收電路都會(huì)有AGC放大器。AGC放大器通常能有效地濾掉噪聲，不過(guò)由于手機(jī)具備處理發(fā)射和接收信號(hào)強(qiáng)度快速變化的能力，因此要求AGC電路有一個(gè)相當(dāng)寬的帶寬，而這使某些關(guān)鍵電路上的AGC放大器很容易引入噪聲。設(shè)計(jì)AGC線(xiàn)路必須遵守良好的模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù)，而這跟很短的運(yùn)放輸入引腳和很短的反饋路徑有關(guān)，這兩處都必須遠(yuǎn)離RF、IF或高速數(shù)字信號(hào)走線(xiàn)。

同樣，良好的接地也必不可少，而且芯片的電源必須得到良好的去耦。如果必須要在輸入或輸出端走一根長(zhǎng)線(xiàn)，那么最好是在輸出端，通常輸出端的阻抗要低得多，而且也不容易感應(yīng)噪聲。通常信號(hào)電平越高，就越容易把噪聲引入到其它電路。在所有PCB設(shè)計(jì)中，盡可能將數(shù)字電路遠(yuǎn)離模擬電路是一條總的原則，它同樣也適用于RF PCB設(shè)計(jì)。公共模擬地和用于屏蔽和隔開(kāi)信號(hào)線(xiàn)的地通常是同等重要的，因此在設(shè)計(jì)早期階段，仔細(xì)的計(jì)劃、考慮周全的元器件布局和徹底的布局*估都非常重要，同樣應(yīng)使RF線(xiàn)路遠(yuǎn)離模擬線(xiàn)路和一些很關(guān)鍵的數(shù)字信號(hào)，所有的RF走線(xiàn)、焊盤(pán)和元件周?chē)鷳?yīng)盡可能多填接地銅皮，并盡可能與主地相連。如果RF走線(xiàn)必須穿過(guò)信號(hào)線(xiàn)，那么盡量在它們之間沿著RF走線(xiàn)布一層與主地相連的地。如果不可能的話(huà)，一定要保證它們是十字交叉的，這可將容性耦合減到最小，同時(shí)盡可能在每根RF走線(xiàn)周?chē)嗖家恍┑兀阉鼈冞B到主地。

此外，將并行RF走線(xiàn)之間的距離減到最小可以將感性耦合減到最小。一個(gè)實(shí)心的整塊接地面直接放在表層下第一層時(shí)，隔離效果最好，盡管小心一點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)其它的做法也管用。在PCB板的每一層，應(yīng)布上盡可能多的地，并把它們連到主地面。盡可能把走線(xiàn)靠在一起以增加內(nèi)部信號(hào)層和電源分配層的地塊數(shù)量，并適當(dāng)調(diào)整走線(xiàn)以便你能將地連接過(guò)孔布置到表層上的隔離地塊。應(yīng)當(dāng)避免在 PCB各層上生成游離地，因?yàn)樗鼈儠?huì)像一個(gè)小天線(xiàn)那樣拾取或注入噪音。在大多數(shù)情況下，如果你不能把它們連到主地，那么你最好把它們?nèi)サ簟?br /> ?

PCB板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)方面

1、電源、地線(xiàn)的處理

既使在整個(gè)PCB板中的布線(xiàn)完成得都很好，但由于電源、 地線(xiàn)的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對(duì)電、地線(xiàn)的布線(xiàn)要認(rèn)真對(duì)待，把電、地線(xiàn)所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來(lái)說(shuō)都明白地線(xiàn)與電源線(xiàn)之間噪音所產(chǎn)生的原因，現(xiàn)只對(duì)降低式抑制噪音作以表述：

　?。?）眾所周知的是在電源、地線(xiàn)之間加上去耦電容。

　?。?）盡量加寬電源、地線(xiàn)寬度，最好是地線(xiàn)比電源線(xiàn)寬，它們的關(guān)系是：地線(xiàn)＞電源線(xiàn)＞信號(hào)線(xiàn)，通常信號(hào)線(xiàn)寬為：0.2～0.3mm，最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá) 0.05～0.07mm，電源線(xiàn)為1.2～2.5 mm。對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線(xiàn)組成一個(gè)回路， 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用（模擬電路的地不能這樣使用）

　?。?）用大面積銅層作地線(xiàn)用，在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線(xiàn)用。或是做成多層板，電源，地線(xiàn)各占用一層。

2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理
現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。因此在布線(xiàn)時(shí)就需要考慮它們之間互相干擾問(wèn)題，特別是地線(xiàn)上的噪音干擾。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，高頻的信號(hào)線(xiàn)盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件，對(duì)地線(xiàn)來(lái)說(shuō)，整人PCB對(duì)外界只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，所以必須在PCB內(nèi)部進(jìn)行處理數(shù)、模共地的問(wèn)題，而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開(kāi)的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接，請(qǐng)注意，只有一個(gè)連接點(diǎn)。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定。

3、信號(hào)線(xiàn)布在電（地）層上
在多層印制板布線(xiàn)時(shí)，由于在信號(hào)線(xiàn)層沒(méi)有布完的線(xiàn)剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個(gè)矛盾，可以考慮在電（地）層上進(jìn)行布線(xiàn)。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴?br />
4、大面積導(dǎo)體中連接腿的處理
在大面積的接地（電）中，常用元器件的腿與其連接，對(duì)連接腿的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，元件腿的焊盤(pán)與銅面滿(mǎn)接為好，但對(duì)元件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤(pán)，稱(chēng)之為熱隔離（heat shield）俗稱(chēng)熱焊盤(pán)（Thermal），這樣，可使在焊接時(shí)因截面過(guò)分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電（地）層腿的處理相同。

5、布線(xiàn)中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用
在許多CAD系統(tǒng)中，布線(xiàn)是依據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)決定的。網(wǎng)格過(guò)密，通路雖然有所增加，但步進(jìn)太小，圖場(chǎng)的數(shù)據(jù)量過(guò)大，這必然對(duì)設(shè)備的存貯空間有更高的要求，同時(shí)也對(duì)象計(jì)算機(jī)類(lèi)電子產(chǎn)品的運(yùn)算速度有極大的影響。而有些通路是無(wú)效的，如被元件腿的焊盤(pán)占用的或被安裝孔、定們孔所占用的等。網(wǎng)格過(guò)疏，通路太少對(duì)布通率的影響極大。所以要有一個(gè)疏密合理的網(wǎng)格系統(tǒng)來(lái)支持布線(xiàn)的進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)元器件兩腿之間的距離為0.1英寸（2.54mm），所以網(wǎng)格系統(tǒng)的基礎(chǔ)一般就定為 0.1英寸（2.54 mm）或小于0.1英寸的整倍數(shù)，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。
?

高頻PCB設(shè)計(jì)技巧和方法

1、傳輸線(xiàn)拐角要采用45°角，以降低回?fù)p。

　　2、要采用絕緣常數(shù)值按層次嚴(yán)格受控的高性能絕緣電路板。這種方法有利于對(duì)絕緣材料與鄰近布線(xiàn)之間的電磁場(chǎng)進(jìn)行有效管理。

　　3、要完善有關(guān)高精度蝕刻的PCB設(shè)計(jì)規(guī)范。要考慮規(guī)定線(xiàn)寬總誤差為+/-0.0007英寸、對(duì)布線(xiàn)形狀的下切（undercut）和橫斷面進(jìn)行管理并指定布線(xiàn)側(cè)壁電鍍條件。對(duì)布線(xiàn)（導(dǎo)線(xiàn)）幾何形狀和涂層表面進(jìn)行總體管理，對(duì)解決與微波頻率相關(guān)的趨膚效應(yīng)問(wèn)題及實(shí)現(xiàn)這些規(guī)范相當(dāng)重要。

　　4、突出引線(xiàn)存在抽頭電感，要避免使用有引線(xiàn)的組件。高頻環(huán)境下，最好使用表面安裝組件。

　　5、對(duì)信號(hào)過(guò)孔而言，要避免在敏感板上使用過(guò)孔加工（pth）工藝，因?yàn)樵摴に嚂?huì)導(dǎo)致過(guò)孔處產(chǎn)生引線(xiàn)電感。

　　6、要提供豐富的接地層。要采用模壓孔將這些接地層連接起來(lái)防止3維電磁場(chǎng)對(duì)電路板的影響。

　　7、要選擇非電解鍍鎳或浸鍍金工藝，不要采用HASL法進(jìn)行電鍍。

　　8、阻焊層可防止焊錫膏的流動(dòng)。但是，由于厚度不確定性和絕緣性能的未知性，整個(gè)板表面都覆蓋阻焊材料將會(huì)導(dǎo)致微帶設(shè)計(jì)中的電磁能量的較大變化。一般采用焊壩（solder dam）來(lái)作阻焊層的電磁場(chǎng)。

　　這種情況下，我們管理著微帶到同軸電纜之間的轉(zhuǎn)換。在同軸電纜中，地線(xiàn)層是環(huán)形交織的，并且間隔均勻。在微帶中，接地層在有源線(xiàn)之下。這就引入了某些邊緣效應(yīng)，需在設(shè)計(jì)時(shí)了解、預(yù)測(cè)并加以考慮。當(dāng)然，這種不匹配也會(huì)導(dǎo)致回?fù)p，必須最大程度減小這種不匹配以避免產(chǎn)生噪音和信號(hào)干擾。

電磁兼容性設(shè)計(jì)

電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的是使電子設(shè)備既能抑制各種外來(lái)的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾。

1、選擇合理的導(dǎo)線(xiàn)寬度

由于瞬變電流在印制線(xiàn)條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線(xiàn)的電感成分造成的，因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線(xiàn)的電感量。印制導(dǎo)線(xiàn)的電感量與其長(zhǎng)度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導(dǎo)線(xiàn)對(duì)抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線(xiàn)、行驅(qū)動(dòng)器或總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線(xiàn)常常載有大的瞬變電流，印制導(dǎo)線(xiàn)要盡可能地短。對(duì)于分立元件電路，印制導(dǎo)線(xiàn)寬度在1.5mm左右時(shí)，即可完全滿(mǎn)足要求；對(duì)于集成電路，印制導(dǎo)線(xiàn)寬度可在0.2～1.0mm之間選擇。

2、采用正確的布線(xiàn)策略
采用平等走線(xiàn)可以減少導(dǎo)線(xiàn)電感，但導(dǎo)線(xiàn)之間的互感和分布電容增加，如果布局允許，最好采用井字形網(wǎng)狀布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，具體做法是印制板的一面橫向布線(xiàn)，另一面縱向布線(xiàn)，然后在交叉孔處用金屬化孔相連。

3、有效地抑制串?dāng)_
為了抑制印制板導(dǎo)線(xiàn)之間的串?dāng)_，在設(shè)計(jì)布線(xiàn)時(shí)應(yīng)盡量避免長(zhǎng)距離的平等走線(xiàn)，盡可能拉開(kāi)線(xiàn)與線(xiàn)之間的距離，信號(hào)線(xiàn)與地線(xiàn)及電源線(xiàn)盡可能不交叉。在一些對(duì)干擾十分敏感的信號(hào)線(xiàn)之間設(shè)置一根接地的印制線(xiàn)，可以有效地抑制串?dāng)_。

4、避免高頻信號(hào)通過(guò)印制導(dǎo)線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射

在印制電路板布線(xiàn)時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
　?。?）盡量減少印制導(dǎo)線(xiàn)的不連續(xù)性，例如導(dǎo)線(xiàn)寬度不要突變，導(dǎo)線(xiàn)的拐角應(yīng)大于90度禁止環(huán)狀走線(xiàn)等。

　　（2）時(shí)鐘信號(hào)引線(xiàn)最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線(xiàn)時(shí)應(yīng)與地線(xiàn)回路相靠近，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨著連接器。

　?。?）總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨其欲驅(qū)動(dòng)的總線(xiàn)。對(duì)于那些離開(kāi)印制電路板的引線(xiàn)，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊緊挨著連接器。

　?。?）數(shù)據(jù)總線(xiàn)的布線(xiàn)應(yīng)每?jī)筛盘?hào)線(xiàn)之間夾一根信號(hào)地線(xiàn)。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線(xiàn)放置地回路，因?yàn)楹笳叱］d有高頻電流。

5、抑制反射干擾
為了抑制出現(xiàn)在印制線(xiàn)條終端的反射干擾，除了特殊需要之外，應(yīng)盡可能縮短印制線(xiàn)的長(zhǎng)度和采用慢速電路。必要時(shí)可加終端匹配，即在傳輸線(xiàn)的末端對(duì)地和電源端各加接一個(gè)相同阻值的匹配電阻。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一般速度較快的TTL電路，其印制線(xiàn)條長(zhǎng)于10cm以上時(shí)就應(yīng)采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應(yīng)根據(jù)集成電路的輸出驅(qū)動(dòng)電流及吸收電流的最大值來(lái)決定。

6、電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中采用差分信號(hào)線(xiàn)布線(xiàn)策略
布線(xiàn)非?？拷牟罘中盘?hào)對(duì)相互之間也會(huì)互相緊密耦合，這種互相之間的耦合會(huì)減小EMI發(fā)射，通常（當(dāng)然也有一些例外）差分信號(hào)也是高速信號(hào)，所以高速設(shè)計(jì)規(guī)則通常也都適用于差分信號(hào)的布線(xiàn)，特別是設(shè)計(jì)傳輸線(xiàn)的信號(hào)線(xiàn)時(shí)更是如此。這就意味著我們必須非常謹(jǐn)慎地設(shè)計(jì)信號(hào)線(xiàn)的布線(xiàn)，以確保信號(hào)線(xiàn)的特征阻抗沿信號(hào)線(xiàn)各處連續(xù)并且保持一個(gè)常數(shù)。
在差分線(xiàn)對(duì)的布局布線(xiàn)過(guò)程中，我們希望差分線(xiàn)對(duì)中的兩個(gè)PCB線(xiàn)完全一致。這就意味著，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該盡最大的努力來(lái)確保差分線(xiàn)對(duì)中的PCB線(xiàn)具有完全一樣的阻抗并且布線(xiàn)的長(zhǎng)度也完全一致。差分PCB線(xiàn)通?？偸浅蓪?duì)布線(xiàn)，而且它們之間的距離沿線(xiàn)對(duì)的方向在任意位置都保持為一個(gè)常數(shù)不變。通常情況下，差分線(xiàn)對(duì)的布局布線(xiàn)總是盡可能地靠近。

編輯：黃飛