在電子產(chǎn)品和設(shè)備中,電路板是一個(gè)不可缺少的部件,它起著電路系統(tǒng)的電氣和機(jī)械等的連接作用。如何將電路中的元器件按照一定的要求,在PCB上排列組合起來(lái),是PCB設(shè)計(jì)師的主要任務(wù)之一。布局設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單的將元器件在PCB上排列起來(lái),或者電路得以連通就行的。實(shí)踐證明一個(gè)良好的電路設(shè)計(jì),必須有合理的元器件布局,才能使電路系統(tǒng)在實(shí)體組合后達(dá)到穩(wěn)定、可靠的工作。反之,如果元器件布局不合理,它將影響到電路板的工作性能,乃至不能工作。尤其是在廣泛采用集成器件的今天,如果集成電路仍用接線(xiàn)板的方式進(jìn)行安裝,那么,不僅電路的體積龐大,而且無(wú)法穩(wěn)定的進(jìn)行工作。因此,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中,布局設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)前具有同樣重要的地位。
下面就射頻PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。
一、 布局注意事項(xiàng)
1) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
在PCB布局之前需要弄清楚產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)需要在PCB板上體現(xiàn)出來(lái)(結(jié)構(gòu)與PCB接觸部分,即腔殼位置及形狀)。比如腔殼的外邊厚度大小,中間隔腔的厚度大小,倒角半徑大小和隔腔上的螺釘大小等等(換句話(huà)說(shuō),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)完成后的PCB上所畫(huà)的輪廓(結(jié)構(gòu)部分)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的(如果結(jié)構(gòu)已批量開(kāi)模具,就另當(dāng)別論了))(螺釘類(lèi)型有M2M2.5M3M4等)。一般情況,外邊腔厚度為4mm;內(nèi)腔寬度為3mm(點(diǎn)膠工藝的為2mm);倒角半徑2.5mm。以PCB板的左下角為原點(diǎn),隔腔在PCB上的位置需在格點(diǎn)0.5的整數(shù)倍上,最少需要做到格點(diǎn)為0.1的整數(shù)倍上。這樣有利于結(jié)構(gòu)加工,誤差控制比較精確。當(dāng)然,這需要根據(jù)具體產(chǎn)品的類(lèi)型來(lái)設(shè)計(jì)。如下圖所示:(PCB設(shè)計(jì)完成后的結(jié)構(gòu)輪廓圖)
2) 布局要求
優(yōu)先對(duì)射頻鏈路進(jìn)行布局,然后對(duì)其它電路進(jìn)行布局。
射頻鏈路布局注意事項(xiàng)根據(jù)原理圖的先后順序(輸入到輸出,包括每個(gè)元件的先后位置和元件與元件之間的間距都有講究的。有的元件與元件之間距離不宜過(guò)大,比如π網(wǎng)。)進(jìn)行布局,布局成“一”字形或者“L”形。具體如下圖所示:
在實(shí)際的射頻鏈路布局中,因受產(chǎn)品的空間限制,不可能完全實(shí)現(xiàn)“一”字型布局,這就迫使我們將布局成“U”形。布局成U形并不是不可以,但需要在中間加隔腔將其左右進(jìn)行隔離,做好屏蔽。至于為什么要做屏蔽我就不多講了。如下圖所示:
還有一種在橫向也需要添加隔腔。即,用隔腔把一字形左右進(jìn)行隔離。這主要是因?yàn)樾枰綦x部分非常敏感或易干擾其它電路;另外,還有一種可能就是一字形輸入端到輸出端這段電路的增益過(guò)大,也需要用隔腔將其分開(kāi)(若增益過(guò)大,腔體太大,可能會(huì)引起自激)。 如下圖所示:
芯片外圍電路布局
射頻器件外圍電路布局嚴(yán)格參照datasheet上面的要求進(jìn)行布局,受空間限制可以進(jìn)行調(diào)整(保證工藝要求的情況下,盡可能靠近芯片放置);數(shù)字芯片外圍電路布局就不多講了。
若結(jié)構(gòu)有金屬底板,PCB與底板接觸面盡量不放元器件,避免在金屬底板上面開(kāi)槽。
二、 布線(xiàn)注意事項(xiàng)
根據(jù)50歐姆阻抗線(xiàn)寬進(jìn)行布線(xiàn)(一般都需要做隔層參考),盡量從焊盤(pán)中心出線(xiàn),走線(xiàn)成直線(xiàn),盡量走在表層。在需要拐彎的地方做成45度角或圓弧走線(xiàn),推薦在電容或電阻兩邊的焊盤(pán)作為拐點(diǎn)。如果遇到器件走線(xiàn)匹配要求的,請(qǐng)嚴(yán)格按照datasheet上面的參考值長(zhǎng)度及形狀走線(xiàn)。比如,一個(gè)放大管與電容之間的走線(xiàn)長(zhǎng)度(或電感之間的走線(xiàn)長(zhǎng)度)要求等等。如下圖所示:
在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí),為了使高頻電路板的設(shè)計(jì)更合理,抗干擾性能更好,應(yīng)從以下幾方面考慮(通用做法):
1) 合理選擇層數(shù)
在PCB設(shè)計(jì)中對(duì)高頻電路板布線(xiàn)時(shí),利用中間內(nèi)層平面作為電源和地線(xiàn)層,可以起到屏蔽的作用,有效降低寄生電感、縮短信號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)度、降低信號(hào)間的交叉干擾。
2) 走線(xiàn)方式
走線(xiàn)必須按照45°角拐彎或圓弧拐彎,這樣可以減小高頻信號(hào)的發(fā)射和相互之間的耦合,及減小信號(hào)反射。
3) 走線(xiàn)長(zhǎng)度
走線(xiàn)長(zhǎng)度越短越好,兩根線(xiàn)并行距離越短越好。
4) 過(guò)孔數(shù)量
過(guò)孔數(shù)量越多越好。
5) 層間布線(xiàn)方向
層間布線(xiàn)方向應(yīng)該取垂直方向,就是頂層為水平方向,底層為垂直方向,這樣可以減小信號(hào)間的干擾。
6) 敷銅
增加接地的敷銅可以減小信號(hào)間的干擾。
7) 包地
對(duì)重要的信號(hào)線(xiàn)進(jìn)行包地處理,可以顯著提高該信號(hào)的抗干擾能力,當(dāng)然還可以對(duì)干擾源進(jìn)行包地處理,使其不能干擾其他信號(hào)。
8) 信號(hào)線(xiàn)
信號(hào)走線(xiàn)不能環(huán)路,需要按照菊花鏈方式布線(xiàn)。
三、 接地處理
1) 射頻鏈路接地
射頻部分采用多點(diǎn)接地方式進(jìn)行接地處理。射頻鏈路鋪銅間隙一般20mil到40mil用的比較多。兩邊都需要打接地孔,且間距盡量保持一致。射頻通路上對(duì)地電容電阻的接地焊盤(pán),盡量就近打接地孔。器件上的接地焊盤(pán)都需要打接地過(guò)孔。如下圖所示:
2) 腔殼接地孔
為了讓腔殼與PCB板之間更好的接觸。一般打兩排接地孔且交錯(cuò)方式放置,如下圖所示。
PCB與隔腔接觸位置需要開(kāi)窗,如下圖所示:
PCB底層接地銅皮與底板接觸的地方都需要開(kāi)窗處理(該層信號(hào)線(xiàn)不允許開(kāi)窗),使其更好的接觸。如下圖所示(PCB板的上半部分與底座接觸):
3) 螺釘放置(需要了解結(jié)構(gòu)知識(shí))
為了使PCB與底座和腔殼之間有更緊密的接觸(更好的屏蔽和散熱),需要在PCB板上放置螺釘孔位置。
PCB與腔殼之間螺釘放置方法:隔腔每個(gè)交叉的地方放置一個(gè)螺釘。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,實(shí)現(xiàn)比較難,可以根據(jù)模塊電路功能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。但不管怎樣,腔殼四個(gè)角上必須都有螺釘。如下圖所示:
PCB與底座之間的螺釘放置方法:腔殼中的每個(gè)小腔內(nèi)都需要有螺釘,視腔大小而定螺釘數(shù)量(腔越大,放置的螺釘就多)。一般原則是在腔的對(duì)角上放置螺釘。SMA頭或其他連接器旁邊必須放置螺釘。在SMA頭或連接器在插拔過(guò)程中不致PCB板變形。如下圖所示(腔內(nèi)螺釘):
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