手持式产品RF电路及其音频电路的PCB设计技巧
1、元件布局
先述布局总原则：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；由实践所知，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。对于双面板一般应设计一面为SMD及SMC元件，另一面则为分立元件。
*把PCB划分成数字区和模拟区
任何PCB设计的第一步当然是选择每个元件的PCB摆放位。我们把这一步称为“布板考虑“。仔细的元件布局可以减少信号互连、地线分割、噪音耦合以及占用电路板的面积。
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，因此，元器件的布局还直接影响到电路本身的干扰及抗干扰能力，这也直接关系到所设计电路的性能。
因此，在进行RF电路PCB设计时除了要考虑普通PCB设计时的布局外，主要还须考虑如何减小RF电路中各部分之间相互干扰、如何减小电路本身对其它电路的干扰以及电路本身的抗干扰能力。
由经验实所知，对于RF电路效果的好坏不仅取决于RF电路板本身的性能指标，很大部分还取决于与CPU处理板间的相互影响。由于RF电路包含数字电路和模拟电路，为了防止数字噪声对敏感的模拟电路的干扰，必须将二者分隔开，把PCB划分成数字区和模拟区有助于改善此类电路布局，显得尤为重要。
*需要防止RF噪声耦合到音频电路
虽然手持式产品的RF部分通常被当作模拟电路处理，许多设计中需要关注的一个共同问题是RF噪声，需要防止RF噪声耦合到音频电路，因RF噪声经过解调后产生可闻噪音。为了解决这个问题，需要把RF电路和音频电路尽可能分隔开。在将PCB划分成模拟、数字后，需要考虑模拟部分的元件布置。元件布局要使音频信号的路径最短，音频放大器要尽可能靠近耳机插孔和扬声器放置，使D类音频放大器的EMI辐射最小，耳机信号的耦合噪音最小。模拟音频信号源须尽可能靠近音频放大器的输入端，使输入耦合噪声最小。所有输入引线对RF信号来说都是一个天线，缩短引线长度有助于降低相应频段的天线辐射效应。
2、元件布置应注意的问题与应用举例
2.1 布局中应注意的问题：
* 认真分析电路结构。对电路进行分块处理（如高频放大电路、混频电路及解调电路等），尽可能将强电信号和弱电信号分开，在将数字信号电路和模拟信号电路分开后，也应注意将完成同一功能的电路应尽量安排在一定的范围之内，从而减小信号环路面积；各部分电路的滤波网络必须就近连接，这样不仅可以减小辐射，而且可以减少被干扰的几率及提高电路的抗干扰能力。
* 根据单元电路在使用中对电磁兼容性敏感程度不同进行分组。对于电路中易受干扰部分的元器件在布局时还应尽量避开干扰源（比如来自数据处理板上CPU的干扰等）。
2.2 元件布置对音频信号影响的举例
* 不合理的元件布局对音频信品质影响
图1给出一个不合理的音频元件布局，比较严重的问题有二：其一是音频放大器离音频信号源太远，由于引线从嘈杂的数字电路和开关电路附近穿过，从而增加了噪音耦合的几率。较长的引线也增强了RF天线效应。 如手机电话采用GSM技术，这些天线能够拾取GSM发射信号，并将其馈入音频放大器。几乎所有放大器都能一定程度上解调217Hz包络，在输出端产生噪音。糟糕时，噪音可能会将音频信号完全淹没掉，缩短输入引线的长度能够有效降低耦合到音频放大器的噪声.其二音频是放大器放距离扬声器和耳机插座太远。如果音频放大器采用的是D类放大器，较长的耳机引线会增大该放大器的EMI辐射。这种辐射有可能导致设备无法通过当地政府制定的测试标准。较长的耳机和麦克风引线还会增大引线阻抗，降低负载能够获取的功率。最后，因为元件布置得如此分散，元件之间的连线将不得不穿过其它子系统。这不仅会增加音频部分的布线难度，也增大了其它子系统的布线难度。
|
图1不合理的元件布局示意对音频信品质影响 |
* 合理的元件布局对音频信号品质改善
图2给出了图1相同元件的排列，重新排列的元件能够更有效地利用空间，缩短引线长度。注意，所有音频电路分配在耳机插孔和扬声器附近，音频输入、输出引线比上述方案短得多，PCB的其它区域没有放置音频电路。这样的设计能够全面降低系统噪音，减小RF干扰，并且布线简单。
|
图2. 合理的元件布局示意对音频信号品质改善 |
3 、布线原则与技巧
在基本完成元器件的布局后，就可开始布线了。
3.1 布线的基本原则
在组装密度许可情况下后，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RF电路，信号线的走向、宽度、线间距的不合理设计，可能造成信号信号传输线之间的交叉干扰。而信号通路对音频输出噪音和失真的影响非常有限，也就是说为了保证性能需要提供的折中措施很有限。音频放大器通常由电池直接供电，需要相当大的电流。如果使用长而细的电源引线，会增大电源纹波。与短而宽的引线相比，又长又细的引线阻抗较大，引线阻抗产生的电流变化会转变成电压变化，馈送到器件内部。为了优化性能，放大器电源应使用尽可能短的引线。应该尽可能使用差分信号。差分输入具有较高的噪声抑制，使得差分接收器能够抑制正、负信号线上的共模噪声。为充分利用差分放大器的优势，布线时保持相同的差分信号线对的长度非常重要，使其具有相同的阻抗，二者尽可能相互靠近使其耦合噪声相同。放大器的差分输入对抑制来自系统数字电路的噪声非常有效。另外，系统电源自身还存在噪声干扰，所以在设计RF电路PCB时一定要综合考虑，合理布线。
3.2 布线技巧
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。电源线要尽中能宽，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量相互远离，而且尽量避免平行走线，而在正向两面的信号线应用互垂直；布线时在需要拐角的地址方应以135°角为宜，避免拐直角。
4、接地
在射频电路PCB设计中，电源线和地线的正确布线显得尤其重要，合理的设计是克服电磁干扰的最重要的手段。PCB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。地线容易形成电磁干扰的主要原因于地线存在阻抗。当有电流流过地线时，就会在地线上产生电压，从而产
模拟信号相关文章:什么是模拟信号
电路相关文章:电路分析基础
评论