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避免ISM-RF产品中的PCB布局“缺陷”

作者:时间:2013-07-29来源:网络收藏

引线耦合

如同电感排列方向会影响磁场耦合一样,如果引线彼此过于靠近,也会影响耦合。这种问题也会产生所谓的互感。RF电路最关心问题之一即为系统敏感部件的走线,例如输入匹配网络、接收器的谐振槽路、发送器的天线匹配网络等。

返回电流通路须尽可能靠近主电流通道,将辐射磁场降至最小。这种有助于减小电流环路面积。返回电流的理想低阻通路通常是引线下方的接地区域—将环路面积有效限制在电介质厚度乘以引线长度的区域。但是,如果接地区域被分割开,则会增大环路面积(图3)。对于穿过分割区域的引线,返回电流将被强制通过高阻通路,大大提高了电流环路面积。这种还使电路引线更容易受互感的影响。

图3. 完整的大面积接地有助于改善系统性能

图3. 完整的大面积接地有助于改善系统性能

对于一个实际电感,引线方向对磁场耦合的影响也很大。如果敏感电路的引线必须彼此靠近,最好将引线方向垂直排列,以降低耦合(图4)。如果无法做到垂直排列,则可考虑使用保护线。关于保护线的设计,请参考以下接地与填充处理部分。

图4. 类似于图1,表示可能存在的磁力线耦合。

图4. 类似于图1,表示可能存在的磁力线耦合。

综上所述,布板时应遵循以下原则:

引线下方应保证完整接地。

敏感引线应垂直排列。

如果引线必须平行排列,须确保足够的间距或采用保护线。

接地过孔

RF电路布局的主要问题通常是电路的特征阻抗不理想,包括电路元件及其互联。引线覆铜层较薄,则等效于电感线,并与邻近的其它引线形成分布电容。引线穿过过孔时,也会表现出电感和电容特性。

过孔电容主要源于过孔焊盘侧的覆铜与地层覆铜之间构成的电容,它们之间由一个相当小的圆环隔开。另外一个影响源于金属过孔本身的圆柱。寄生电容的影响一般较小,通常只会造成高速数字信号的边沿变差(本文不对此加以讨论)。

过孔的最大影响是相应的互联方式所引起的寄生电感。因为RF 设计中,大多数金属过孔尺寸与集总元件的尺寸相同,可利用简单的公式估算电路过孔的影响(图5):

式中,LVIA为过孔的集总电感;h为过孔高度,单位为英寸;d为过孔直径,单位为英寸2。

图5. PCB横截面用于估算寄生影响的过孔结构

图5. 横截面用于估算寄生影响的过孔结构

寄生电感往往对旁路电容的连接影响很大。理想的旁路电容在电源层与地层之间提供高频短路,但是,非理想过孔则会影响地层和电源层之间的低感通路。典型的 过孔(d = 10 mil、h = 62.5 mil)大约等效于一个1.34nH电感。给定的特定工作频率,过孔会对敏感电路(例如,谐振槽路、滤波器以及匹配网络等)造成不良影 响。

如果敏感电路共用过孔,例如π型网络的两个臂,则会产生其它问题。例如,放置一个等效于集总电感的理想过孔,等效原理图则与原电路设计有很大区别(图6)。与共用电流通路的串扰一样3,导致互感增大,加大串扰和馈通。

图6. 理想架构与非理想架构比较,电路中存在潜在的“信号通路”。

图6. 理想架构与非理想架构比较,电路中存在潜在的“信号通路”。



关键词: ISM-RF PCB 产品 布局

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