设计RF-PCB的九条标准

yxlk

设计RF-PCB的九条标准

- D' j; @1 }/ V- s8 ^" ^" f1 p$ F
! o* h  ~/ d8 K( |) G+ Y
( v2 z" k- \' w  A- [4 F; I- Q
* ?' r1 \# C& T- I. |1）小功率的 RF 的 PCB 设计中，主要使用标准的 FR4 材料（绝缘特性好、材质均匀、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在 1mm 以下的双面板，要保证反面是一个完整的地层，同时由于双面板的厚度在 1mm 以上，使得地层和信号层之间的 FR4 介质较厚，为了使得 RF 信号线阻抗达到 50 欧，往往信号走线的宽度在 2mm 左右，使得板子的空间分布很难控制。对于四层板，一般情况下顶层只走 RF 信号线，第二层是完整的地，第三层是电源，底层一般走控制 RF 器件状态的数字信号线（比如设定 ADF4360 系列 PLL 的 clk、data、LE 信号线。）第三层的电源最好不要做成一个连续的平面，而是让各个 RF 器件的电源走线呈星型分布，最后接于一点。第三层 RF 器件的电源走线不要和底层的数字线有交叉。

% P& V# G8 ?6 r1 p: A 2）对于一个混合信号的 PCB，RF 部分和模拟部分应当远离数字数字部分（这个距离通常在2cm 以上，至少保证 1cm），数字部分的接地应当与 RF 部分分隔开。严禁使用开关电源直接给RF 部分供电。主要在于开关电源的纹波会将 RF 部分的信号调制。这种调制往往会严重破坏射频信号，导致致命的结果。通常情况下，对于开关电源的输出，可以经过大的扼流圈，以及π滤波器，再经过线性稳压的低噪音 LDO（Micrel 的 MIC5207、MIC5265 系列，对于高电压，大功率的RF 电路，可以考虑使用 LM1085、LM1083 等）得到供给 RF 电路的电源。

% z6 y, |0 G$ B; O4 M7 Y 3）RF 的 PCB 中，各个元件应当紧密的排布，确保各个元件之间的连线最短。对于 ADF4360-7的电路，在 pin-9、pin-10 引脚上的 VCO 电感与 ADF4360 芯片间的距离要尽可能的短，保证电感与芯片间的连线带来的分布串联电感最小。对于板子上的各个 RF 器件的地（GND）引脚，包括电阻、电容、电感与地（GND）相接的引脚，应当在离引脚尽可能近的地方打过孔与地层（第二层）连通。
* m+ F: A0 l  G# k5 y
4）在选择在高频环境下工作元器件时，尽可能使用表贴器件。这是因为表贴元件一般体积小，元件的引脚很短。这样可以尽可能减少元件引脚和元件内部走线带来的附加参数的影响。尤其是分立的电阻、电容、电感元件，使用较小的封装（0603\0402）对提高电路的稳定性、一致性是非常有帮助的；

) J* |' J. _+ [, @8 v% o. `2 e 5）在高频环境下工作的有源器件，往往有一个以上的电源引脚，这个时候一定要注意在每个电源的引脚附近（1mm 左右）设置单独的去偶电容，容值在 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偶电容，容值分别为 1nF 和 100nF。一般使用材质为 X5R 或者X7R 的陶瓷电容。对于同一个 RF 有源器件，不同的电源引脚可能为这个器件（芯片）中不同的官能部分供电，而芯片中的各个官能部分可能工作在不同的频率上。比如 ADF4360 有三个电源引脚，分别为片内的 VCO、PFD 以及数字部分供电。这三个部分实现了完全不同的功能，工作频率也不一样。一旦数字部分低频率的噪音通过电源走线传到了 VCO 部分，那么 VCO 输出频率则可能被这个噪音调制，出现难以消除的杂散。为了防止这样的情况出现，在有源 RF 器件的每个官能部分的供电引脚除了使用单独的去偶电容外，还必须经过一个电感磁珠（10uH 左右）再连到一起。这种设计对于那些包含了 LO 缓冲放大和 RF 缓冲放大的有源混频器 LO-RF、LO-IF 的隔离性能的提升是非常有利的。

# u- Y) _9 l2 R 6）对于 PCB 上 RF 信号的馈入、馈出，一定要使用专门的 RF 同轴连接器。其中最为常用的是SMA 型的连接器。对于 SMA 的连接器而言，又分为直插式的和微带式的。对于频率在 3GHz 以下的信号，而且信号的功率不大，并且我们不计较微弱的插损，则完全可以使用直插式的 SMA 连接器。如果信号的频率进一步提高，则我们需要慎重选择 RF 连接线材以及 RF 的连接器。此时直插式的 SMA 连接器由于其结构（主要是拐弯）可能会导致比较大的信号插损。此时可以使用质量较好（关键在于连接器所使用了 PTFE 绝缘子材料）的微带 SMA 连接器来解决问题。同样如果你的频率不高，但是苛求插损、功率等方面的指标，同样可以考虑微带 SMA 连接器。另外小型的 RF
连接器还有 SMB、SMC 等型号，对于 SMB 连接器而言，一般这一类连接器只支持 2GHz 以下的信号传输，而且 SMB 连接器采用的卡扣结构在高振动场合会出现“闪断”的情况。所以在选择 SMB连接器时要慎重考虑。多数的 RF 连接器都有 500 次插拔限制，插拔过于频繁可能永久损坏连接器，所以在调试 RF 电路的时候就不要把 RF 连接器当螺丝拧着玩了。由于 SMB 的 PCB 座的部分是针式结构（公），所以频繁插拔对焊在 PCB 一端的连接器损耗相对较小，降低了维修的难度，所以在这样的情况下 SMB 连接器也是一种不错的选择。另外对于那些对空间要求极高的场合，还有GDR 一类的微型连接器供选择。对于那些阻抗即便不是 50 欧、低频率、小信号、精密直流等模拟信号或者数字部分的高频时钟、低抖动时钟、高速串行信号等数字信号都可以使用 SMA 作为馈出馈入的连接器。
* o' x. r/ F8 p9 S0 Z
7）在设计 RF PCB 的时候，对于 RF 信号的走线的宽度是有严格的规定的。设计的时候要根据PCB 的厚度和介电常数需要严格计算、仿真走线在对应的频点上的阻抗，以确保其为 50 欧（CATV的标准为 75 欧）。然而，并不是时时刻刻我们都需要严格的阻抗匹配，在某些情况下，较小的阻抗失配可能无关大碍（比如 40 欧~60 欧）；而且，即便你对板子的仿真是基于理想情况下做的，实际交给 PCB 厂生产的时候，厂商所使用的工艺会导致板子的实际阻抗和仿真结果相差千里。所以对于小信号 RF PCB 的阻抗匹配这样的问题，我的建议是：Step-1: 和 PCB 厂适当沟通，获得对应厚度、对用层数的板子 50 欧走线的宽度范围；Step-2:在这个宽度范围内选择一个合适的宽度统一应用在所有 50 欧的 RF 信号线上；Step-3: 在 PCB 交付生产的时候，在 Script 上注明所有这个宽度的线做 50 欧阻抗匹配。此时就不需要啰里八嗦的指出一大堆需要做阻抗匹配的线了（而对于PCB 生产厂而言，他们会在你所设计的 PCB 外延以拼版的形势制作一个阻抗条，在出厂的时候测试一个阻抗条上的一个对应宽度的样本走线的阻抗来大致确定板子上同样宽度走线的阻抗。最后这个阻抗条被 PCB 厂切下并回收，而不会被你看到）。而不同的频率，同一宽度的线所表现出的阻抗会略有不同，但是这个差别一般在 10%以内。当然你也可以编写一个很复杂的阻抗设定脚本，让制板厂根据他们的工艺微调不同频率上工作的走线的宽度使得其阻抗被严格的设定为 50欧，然后要求 PCB 厂对每一根线做筛选。这样做导致成本呈对数上升，而且会产生大量的废品率；而且在这样的 PCB 实装完毕后由于焊锡分布以及 RF 元件自身的因素仍然会导致阻抗的偏差。这样的情况是极为少见的，因为即便是精密的 RF 测试测量仪器，RF 小信号的走线阻抗的微弱失配（5%以内）带来的误差可以很轻易的被软件校正；而对于相对粗糙的通信机而言，就更不必在意那 5%的差别了。但我要强调的是，对于 LNA（低噪放）和 PA（功放）部分的 RF 电路而言，RF 走线的阻抗问题则非常敏感，但所幸的是无论是 LNA 电路还是 PA 电路，走线上的频率一定是一样的，而且走线数量少（无非也就输入和输出两个节点）。此时我建议在敏感场合，LNA和 PA 单独做板，使用介质介电常数分布均匀的高品质 RF 专用的 PCB 板材（Rogers/Arlon/Taconics），在 RF 信号线部分不使用阻焊油（也称绿油），避免阻焊带来阻抗的漂移；并且要求 PCB 制板厂提供阻抗测试报告。因为 LNA 电路的输入部分本身的信号功率已经非常小（-150dBm 以下），阻抗失配带来的插损进一步降低了宝贵的信号强度；对于 PA 电路而言，由于其工作在很高的功率，阻抗失配带来的插损可以消耗很大的能量（比较一下，插损同为1dB：10dBm 信号衰减为 9dBm 和 50dBm 衰减为 49dBm 所消耗的能量的差别，呵呵，后者可以产生 20W 的热量）在一些功率上千瓦的 PA 中，1dB 的插损可能带来火光四溅的效果，呵呵。
8 D- \7 V; E/ R8 [- V6 q! D2 Q. V% s
% l5 B3 L) W& U! H  Y& }. d 8）对于那些在 PCB 上实现那些在 ADS、 HFSS 等仿真工具里面仿真生成的 RF 微带电路，尤其是那些定向耦合器、滤波器（PA 的窄带滤波器）、微带谐振腔（比如你在设计 VCO）、阻抗匹配网络等等，则一定要好好的与 PCB 厂沟通，使用厚度、介电常数等指标严格和仿真时所使用的指标一致的板材。最好的解决办法是自己找微波 PCB 板材的代理商购买对应的板材，然后委托 PCB厂加工。
+ s  h+ l! i2 D" l5 e
  c+ }7 C- f# t 9）在 RF 电路中，我们往往会用到晶体振荡器作为频标，这种晶振可能是 TCXO、OCXO 或者普通的晶振。对于这样的晶振电路一定要远离数字部分，而且使用专门的低噪音供电系统。而更重要的是晶振可能随着环境温度的变化产生频率飘移，对于 TCXO 和 OCXO 而言，仍然会出现这样的情况，只是程度小了一些而已。尤其是那些贴片的小封装的晶振产品，对环境温度非常敏感。对于这样的情况，我们可以在晶振电路上加金属盖（不要和晶振的封装直接接触），来降低环境温度的突然变化导致晶振的频率的漂移。当然这样会导致体积和成本上的提升。

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

; }  ~+ m7 m+ C; @6 j+ |6 Q
# d2 z) }* d. t! y

s8484ww

这九条标准都很实用。

pads-tseng

866666666

" W+ M3 c. b: P: L9 F