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PCB设计中关于RF的九条标准

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2019-02-01 03:10    浏览量:
1)小功率射频PCB设计,主要采用标准FR4材料(绝缘性能好,材料均匀,介电常数ε= 4,10%)。主要使用4层~6层板,在成本非常敏感的情况下可以使用厚度为1mm的双层板,以确保对面是完整的成型,并且因为双面板的厚度在1mm以上,使FR4介质之间的形成和信号层更厚,为了使RF信号线阻抗达到50欧,通常信号线的宽度约为2mm,使得板的空间分布难以控制。对于四层板,一般来说,顶层只走RF线信号线,第二层是完整的,第三层是电源,底部一般走路来控制RF器件数字信号线的状态(比如设置ADF4360系列PLL CLK,数据,le信号线。第三层电源最好不要做一个连续的平面,而是要让每个RF器件的电源线呈星形分布,最后是下一点。
 
第三层RF装置的电源线不与下面的数字线相交。

2)PCB,RF部分和混合信号的模拟部分应远离数字数字部分(此距离通常在2cm以上,至少1cm),数字部分的接地应与RF分开部分。严禁使用开关电源直接为射频部分供电。主要问题是开关电源的纹波将调制RF部分的信号。这种调制通常会严重损坏RF信号,从而导致致命的结果。一般来说,对于开关电源的输出,可以通过大扼流圈,以及Pi滤波器,然后通过低噪声Ldo的线性稳压器(Micrel MIC5207,MIC5265系列,用于高压,大功率射频电路,可以考虑使用LM1085,LM1083等)
 
获取RF电路的电源。

3)RF PCB,每个元件应紧密排列,以确保各个元件之间的最短连接。对于adf4360-7电路,VCO电感与引脚9和引脚10引脚上的ADF4360芯片之间的距离应尽可能短,以确保由电感和芯片之间的连接引起的分布串联电感是最小的。
 
对于电路板上每个RF器件的接地(GND)引脚,包括电阻,电容,电感和连接到地(GND)的引脚,孔应尽可能靠近地层(第二层)进行冲孔。

4)选择在高频环境中使用组件时,尽可能使用桌面贴纸。这是因为桌上贴纸元件的尺寸通常较小并且部件的销钉较短。这最大限度地减少了与元件引脚和元件内部布线相关的附加参数的影响。
 
特别是分立电阻,电容,电感元件,采用更小的封装(06030402)来提高电路的稳定性,一致性非常有帮助;

5)有源器件在高频环境下工作时,往往有多个电源引脚,此时必须注意每个电源附近的引脚(1mm左右)设置一个单独的傀儡电容器,公差值在100nF左右。在电路板空间允许的情况下,建议每个引脚使用两个去耦电容,容量分别为1nF和100nF。通常使用材料为x5r或x7r的陶瓷电容器。对于相同的RF有源器件,不同的电源引脚可以为器件(芯片)的不同功能部件供电,而芯片的功能部件可以以不同的频率工作。例如,ADF4360有三个电源引脚,分别为芯片的VCO,PFD和数字部分供电。这三个部分实现完全不同的功能,并且工作频率不同。一旦低频噪声的数字部分通过电源线到达VCO部分,那么VCO输出频率可能会被这种噪声调制,发生难以消除的色散。为了防止这种情况发生,除了使用单独的耦合电容之外,有源RF器件的每个功能部分中的电源引脚必须再次通过感应焊珠(大约10uH)连接。
 
如果包含LO缓冲放大和RF缓冲放大,这种设计有利于提高有源混频器LO-RF和lo的隔离性能。

6)对于PCB馈电上的射频信号,馈电时,务必使用特殊的射频同轴连接器。最常用的一种是SMA型连接器。对于SMA连接器,它分为直插式和微带式。对于频率低于3GHz的信号,信号功率很小,大家不计入较弱的插入,直插式SMA连接器完全可用。如果信号频率进一步增加,大家需要仔细选择RF连接线和RF连接器。此时,直插式SMA连接器可能由于其结构(主要是拐角)而导致相对大的信号插入。此时,您可以使用质量好的微带SMA连接器(关键是连接器使用PTFE绝缘体材料)来解决问题。另外,如果您的频率不高,但要求插头损耗,电源和其他指标,您还可以考虑使用微带SMA连接器。此外,小型射频连接器和SMB,SMC等型号,对于SMB连接器,一般类型的连接器仅支撑2GHz以下信号的传输,而在高振动情况下用于扣环结构的SMB连接器会出现“闪光”情况。因此在选择SMB连接器时要仔细考虑。大多数RF连接器都有500个插件限制,过于频繁的插拔会永久性地损坏连接器,因此在调试RF电路时不要将RF连接器拧成螺钉。由于SMB的PCB座椅部分是针式结构(公共),因此PCB连接器上的频繁插拔焊接损耗相对较小,降低了维护难度,因此在这种情况下SMB连接器也是不错的选择。此外,对于空间要求极高的情况,有一种微型连接器,如GDR可供选择。对于那些阻抗即使不是50欧元,低频,小信号,精密直流和其他模拟信号或数字部分的高频时钟,低抖动时钟,高速串行信号和其他数字信号都可以使用SMA作为馈电-in连接器。

7)在设计RF PCB时,对RF信号的布线宽度有严格的规定。设计应根据PCB的厚度和介电常数需要严格计算,模拟在相应频率点的阻抗线,以确保它是50欧元(CATV标准为75欧元)。但是,大家并不总是需要严格的阻抗匹配,在某些情况下,较小的阻抗不匹配可能是无关的(例如,40欧元~60),即使您对电路板的模拟是基于理想情况当它实际移交给PCB工厂进行生产时,制造商使用的工艺将导致电路板的实际阻抗与模拟结果之间相差数千英里。因此对于小信号RF PCB阻抗匹配这样的问题,我的建议是:步骤1:与PCB工厂适当通信,获得相应的厚度,板的层数为50欧元线宽范围;步骤2:在所有50欧元RF信号线上,在此宽度范围均匀应用中选择合适的宽度;步骤3:当PCB交付生产时,在脚本上标记所有宽度以进行50欧元的阻抗匹配。此时,您不需要指出需要进行阻抗匹配的许多线路(对于PCB制造商,他们将在您设计的PCB扩展的背景下制作阻抗条,并测试阻抗当您离开工厂时,对应于阻抗条宽度的采样线大致确定电路板上的相同宽度。线路的阻抗。最后,这个阻抗条被PCB工厂切断并回收,而不会被您看到)。不同的频率,相同宽度的线路将显示略微不同的阻抗,但这种差异一般小于10%。当然,您也可以编写一个非常复杂的阻抗设置脚本,允许纸板工厂根据其工艺微调在不同频率上工作的布线宽度,使其阻抗严格设置为50欧元,然后要求PCB工厂筛选每条线。这导致成本的对数增加和大量的废品率,并且在这样的PCB完成之后,由于焊料分布和RF部件本身仍将导致阻抗偏差。这是非常罕见的,因为即使是复杂的RF测试测量仪器,由RF小信号的线路阻抗的弱不匹配(在5%以内)引起的误差也可以通过App轻松校正;对于相对粗糙的通信机器,甚至不必关心5%的差异。不过,我想强调的是,对于射频电路的LNA(低噪声)和PA(放大器)部分,射频布线阻抗问题非常敏感,但幸运的是,无论是LNA电路还是PA电路,频率都是line必须相同,并且行数很小(不超过两个节点的输入和输出)。这时我建议在敏感场合,LNA和PA单板,使用介质均匀分布均匀的高质量RF特殊PCB板(rogers / arlon / taconics),在射频信号线部分不使用电阻焊油(又称绿油),避免焊接阻力带来阻抗漂移;并要求PCB板厂提供阻抗测试报告。由于LNA电路输入部分的信号功率已经很小(低于-150dbm),因阻抗不匹配引起的插入损耗进一步降低了有价值的信号强度;对于PA电路,由于它们的高功率,阻抗不匹配会消耗大量能量(相比之下,
 
插入损耗相同于1db:10dbm信号衰减到9dBm和50dBm衰减到49dBm所消耗的能量差,呵呵,后者可产生20W热量)在某些功率kw PA中,1dB的内插可带来耀斑飞溅的效果。

8)用于在PCB上实现的RF微带电路,这些电路在广告,HFSS和其他仿真工具中进行仿真,特别是那些具有定向耦合器,滤波器(PA窄带滤波器),微带谐振器(如您正在设计VCO),阻抗匹配网络,等等,一定要与PCB工厂良好沟通,使用厚度,介电常数等指标严格和模拟时使用的指标与板材一致。
 
最好的解决方案是找到自己的微波PCB板代理商购买相应的板材,然后委托PCB工厂加工。 9)在RF电路中,大家经常使用晶体振荡器作为频率标准,这种晶体振动可能是tcxo,ocxo或普通晶振。对于这样的晶体电路必须远离数字部分,并使用特殊的低噪声电源系统。更重要的是晶体振动可能会随着环境温度的变化而产生频率漂移,对于Tcxo和OCXO,这仍然会发生,但只是程度较小。特别是那些小型水晶产品的贴片,对环境温度非常敏感。在这种情况下,大家可以在晶体电路上添加金属盖(不要直接接触晶体封装),以减少环境温度的突然变化,从而导致晶体振动的频率漂移。当然,这将导致数量和成本增加。

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