基于VXI总线的射频开关模块的研制

2 模块功能电路PCB板的设计

随着计算机技术的发展，电子设计早已进入EDA(Electronic Design Automation―电子设计自动化）阶段。计算机软件在电路设计中的应用越来越广泛，OrCad，Protel等都是人们熟悉的常用EDA软件。Protel 99 SE是Protel公司推出的最新版本，应用于电路原理图设计、电路板设计等，它基于Windows环境，功能强大，人机界面友好，能让人们在具有最完善的功能环境下，提升设计上的品质和效率。是设计印制电路板(PCB－Printed Circuit Board)的重要工具。

射频电路的频率范围约为10kHz到300GHz。随着频率的增加，射频电路表现出不同于低频电路和直流电路的一些特性。因此，在设计射频电路的PCB板时就需要特别注意射频信号给PCB板所带来的影响。本射频开关电路是由VXI总线控制的，在设计中为减少干扰，在总线接口电路部分与射频开关功能电路间采用排线连接，以下主要介绍射频开关功能电路部分PCB板的设计^[2]。

2.1 元器件的布局

电磁兼容性(EMC)是指电子系统在规定的电磁环境中按照设计要求能正常工作的能力。对于射频电路PCB设计而言，电磁兼容性要求每个电路模块尽量不产生电磁辐射，并且具有一定的抗电磁干扰能力。而元器件的布局直接影响到电路本身的干扰及抗干扰能力。也直接影响到所设计电路的性能。

布局总的原则：元器件应尽可能同一方向排列，通过选择PCB进入熔锡系统的方向来减少甚至避免焊接不良的现象；元器件间最少要有0.5mm的间距才能满足元器件的熔锡要求，若PCB板的空间允许，元器件的间距应尽可能宽。

元器件的合理布局也是合理布线的一个前提，因此应该综合考虑。在本设计中，继电器是用于转换射频信号的通道，故应将继电器尽量贴近信号输入端与输出端，以此来尽量减短射频信号线的走线长度， 为下一步的合理布线做出考虑。

此外，本射频开关电路是由VXI总线控制，射频信号对VXI总线控制信号的影响也是布局时必须考虑的问题。

2.2 布线

在基本完成元器件的布局后，就要开始布线，布线的基本原则为：在组装密度许可情况下，尽量选用低密度布线设计，并且信号走线尽量粗细一致，有利于阻抗匹配。

对于射频电路，信号线的走向、宽度、线间距的不合理设计，可能造成信号传输线之间的交叉干扰；另外，系统电源自身还存在噪声干扰，所以在设计射频电路PCB时一定要综合考虑，合理布线。

布线时，所有走线应远离PCB板的边框（2mm左右），以免PCB板制作时造成断线或有断线的隐患。电源线要尽可能宽，以减少环路电阻，同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，以提高抗干扰能力。所布信号线应尽可能短，并尽量减少过孔数目；各元器件间的连线越短越好，以减少分布参数和相互间的电磁干扰； 对于不相容的信号线应尽量相互远离，而且尽量避免平行走线，而在正反两面的信号线应相互垂直：布线时在需要拐角的地方应以135度角为宜，避免拐直角。

本设计中，PCB板采用四层板，为减小射频信号对VXI总线控制信号的影响，故将两种信号走线分别放在中间两层，且射频信号线用接地过孔带屏蔽^[3]。

2.3 电源线和地线

在射频电路PCB设计中的布线需要特别强调的是电源线与地线的正确布线。电源和地线方式的合理选择是仪器可靠工作的重要保证。射频电路的PCB板上相当多的干扰源是通过电源和地线产生的，其中地线引起的噪声干扰最大。根据PCB板电流的大小，电源线、地线线条设计的要尽量粗而短，减少环路电阻。同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。在条件允许的情况下尽量采用多层板，四层板比双面板噪声低20dB，六层板又比四层板噪声低10dB^[4]。

在本文设计的四层PCB板中，顶层和底层两层均设计为地线层。这样无论中间层哪一层为电源层，电源层和地线层这两个层彼此靠近的物理关系，形成了一个很大的去耦电容，减少了地线所带来的干扰。

地线层采用大面积铺铜。大面积铺铜主要有以下几个作用：

(1)EMC.对于大面积的地或电源铺铜，会起到屏蔽作用。

(2)PCB工艺要求。一般为了保证电镀效果，或者层压不变形，对于布线较少的PCB板层铺铜。

(3)信号完整性要求，给高频数字信号一个完整的回流路径，并减少直流网络的布线。

(4)散热，特殊器件安装要求铺铜等等。

3 结论

VXI总线系统是一种在世界范围内完全开放的、适用于多厂商的模块化仪器总线系统，是目前世界上最新的仪器总线系统。本文主要介绍了基于VXI总线的射频开关模块的研制。介绍了总线接口的设计以及射频开关模块功能电路部分PCB板的设计。射频开关由VXI总线控制，增加了开关操作的灵活性，使用方便。

本文作者创新点：利用虚拟仪器思想，将硬件电路以软件的方式实现。本文设计的射频开关可以由计算机直接控制，可以很方便地与VXI总线测试系统集成，最大限度的发挥计算机和微电子技术在当今测试领域中的应用，具有广阔的发展前景。