【導讀】射頻（RF）PCB 設計，在目前公開(kāi)出版的理論上具有很多不確定性，常被形容為一種“黑色藝術(shù)”。通常情況下，對于微波以下頻段的電路（ 包括低頻和低頻數字電路）， 在全面掌握各類(lèi)設計原則前提下的仔細規劃是一次性成功設計的保證。
射頻（RF）PCB 設計，在目前公開(kāi)出版的理論上具有很多不確定性，常被形容為一種“黑色藝術(shù)”。通常情況下，對于微波以下頻段的電路（ 包括低頻和低頻數字電路）， 在全面掌握各類(lèi)設計原則前提下的仔細規劃是一次性成功設計的保證。對于微波以上頻段和高頻的PC 類(lèi)數字電路，則需要2~3 個(gè)版本的 PCB 方能保證電路品質(zhì)。而對于微波以上頻段的RF 電路， 則往往需要更多版本的 PCB 設計并不斷完善， 而且是在具備相當經(jīng)驗的前提下。由此可知 RF 電設計上的困難。
典型的射頻板
無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)模塊
布局前需要熟知產(chǎn)品架構和信號流向
1 RF 電路設計的常見(jiàn)問(wèn)題
1.1 數字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾
如果模擬電路（射頻）和數字電路單獨工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個(gè)電源一起工作，整個(gè)系統很可能就不穩定。這主要是因為數字信號頻繁地在地和正電源（>3 V）之間擺動(dòng)，而且周期特別短，常常是納秒級的。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間， 使得這些數字信號包含大量且獨立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無(wú)線(xiàn)調諧回路傳到無(wú)線(xiàn)設備接收部分的信號一般小于1μV。因此數字信號與射頻信號之間的差別會(huì )達到 120 dB。顯然，如果不能使數字信號與射頻信號很好地分離， 微弱的射頻信號可能遭到破壞，這樣一來(lái)，無(wú)線(xiàn)設備工作性能就會(huì )惡化，甚至完全不能工作。
常見(jiàn)的干擾現象
數模射頻混合電路分區設計
1.2 供電電源的噪聲干擾
射頻電路對于電源噪聲相當敏感， 尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會(huì )在每個(gè)內部時(shí)鐘周期內短時(shí)間突然吸入大部分電流， 這是由于現代微控制器都采用CMOS 工藝制造。因此， 假設一個(gè)微控制器以 1 MHz 的內部時(shí)鐘頻率運行，它將以此頻率從電源提取電流。如果不采取合適的電源去耦， 必將引起電源線(xiàn)上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達電路 RF 部分的電源引腳，嚴重時(shí)可能導致工作失效。
射頻芯片電源布局及電容排布要注意規則
高速時(shí)鐘重要信號走線(xiàn)走內層完整的參考平面及包裹保護
1.3 不合理的地線(xiàn)
如果 RF 電路的地線(xiàn)處理不當，可能產(chǎn)生一些奇怪的現象。對于數字電路設計，即使沒(méi)有地線(xiàn)層，大多數數字電路功能也表現良好。而在 RF 頻段，即使一根很短的地線(xiàn)也會(huì )如電感器一樣作用。粗略地計算， 每毫米長(cháng)度的電感量約為 1 nH， 433 MHz時(shí)10 mm PCB 線(xiàn)路的感抗約 27Ω。如果不采用地線(xiàn)層， 大多數地線(xiàn)將會(huì )較長(cháng)， 電路將無(wú)法具有設計的特性。
不合理接接地
1.4 天線(xiàn)對其他模擬電路部分的輻射干擾
在 PCB 電路設計中， 板上通常還有其他模擬電路。例如，許多電路上都有模/ 數轉換（ADC）或數/ 模轉換器（DAC）。射頻發(fā)送器的天線(xiàn)發(fā)出的高頻信號可能會(huì )到達 ADC 的模擬輸入端。因為任何電路線(xiàn)路都可能如天線(xiàn)一樣發(fā)出或接收 RF 信號。如果 ADC輸入端的處理不合理， RF 信號可能在 ADC 輸入的ESD 二極管內自激，從而引起 ADC 偏差。
天線(xiàn)的禁布區和天線(xiàn)對內部電路相互干擾
2 RF 電路設計原則及方案
2.1 RF 布局概念
在設計 RF 布局時(shí)，必須優(yōu)先滿(mǎn)足以下幾個(gè)總原則
（1）盡可能地把高功率 RF 放大器（HPA）和低噪音放大器（LNA）隔離開(kāi)來(lái)， 簡(jiǎn)單地說(shuō)， 就是讓高功率RF 發(fā)射電路遠離低功率 RF 接收電路。
功率放大電路PA偏置四分之一波長(cháng)設計
一字排布原則
放大器偏置電感垂直排布
錯誤的放大器偏置布局
（2）確保 PCB 板上高功率區至少有一整塊地，最好上面沒(méi)有過(guò)孔，當然，銅箔面積越大越好。
足夠的GND過(guò)孔改善信號接地和散熱
射頻濾波器等接地要充分
（3）電路和電源去耦同樣也極為重要。
（4）RF 輸出通常需要遠離 RF 輸入。
（5）敏感的模擬信號應該盡可能遠離高速數字信號和 RF 信號。
AD9361收發(fā)電路做好隔離及巴倫差分阻抗匹配
2.2 物理分區和電氣分區設計原則
設計分區可以分解為物理分區和電氣分區。物理分區主要涉及元器件布局、方向和屏蔽等; 電氣分區可以繼續分解為電源分配、RF 走線(xiàn)、敏感電路和信號以及接地等的分區。
射頻走線(xiàn)及整版打孔
2.2.1 物理分區原則
（1）元器件位置布局原則。元器件布局是實(shí)現一個(gè)優(yōu)秀 RF設計的關(guān)鍵， 最有效的技術(shù)是首先固定位于 RF 路徑上的元器件并調整其方向， 以便將RF 路徑的長(cháng)度減到最小， 使輸入遠離輸出， 并盡可能遠地分離高功率電路和低功率電路。
RX/TX挖地或者屏蔽隔離
（2）PCB 堆疊設計原則。最有效的電路板堆疊方法是將主接地面（主地）安排在表層下的第二層，并盡可能將 RF 線(xiàn)布置在表層上。將 RF 路徑上的過(guò)孔尺寸減到最小， 這不僅可以減少路徑電感， 而且還可以減少主地上的虛焊點(diǎn)， 并可減少 RF 能量泄漏到層疊板內其他區域的機會(huì )。
常用射頻板材型號
合理的的Ro4350射頻層疊和阻抗線(xiàn)寬設計
（3）射頻器件及其 RF 布線(xiàn)布局原則。在物理空間上， 像多級放大器這樣的線(xiàn)性電路通常足以將個(gè) RF 區之間相互隔離開(kāi)來(lái)， 但是雙工器、混頻器和中頻放大器/ 混頻器總是有多個(gè) RF/IF 信號相互干擾， 因此必須小心地將這一影響減到最小。RF與 IF 跡線(xiàn)應盡可能十字交叉， 并盡可能在它們之間隔一塊地。正確的 RF 路徑對整塊 PCB 的性能非常重要，這就是元器件布局通常在蜂窩電話(huà) PCB 設計中占大部分時(shí)間的原因。
二選一電路設計需要注意開(kāi)路微帶
2.2.2 電氣分區原則
（1）功率傳輸原則。蜂窩電話(huà)中大多數電路的直流電流都相當小， 因此， 布線(xiàn)寬度通常不是問(wèn)題。不過(guò)， 必須為高功率放大器的電源單獨設定一條盡可能寬的大電流線(xiàn)， 以將傳輸壓降減到最低。為了避免太多電流損耗， 需要采用多個(gè)通孔來(lái)將電流從某一層傳遞到另一層。
（2）高功率器件的電源去耦。如果不能在高功率放大器的電源引腳端對它進(jìn)行充分的去耦， 那么高功率噪聲將會(huì )輻射到整塊板上， 并帶來(lái)多種的問(wèn)題。高功率放大器的接地相當關(guān)鍵， 經(jīng)常需要為其設計一個(gè)金屬屏蔽罩。
（3）RF 輸入/ 輸出隔離原則。在大多數情況下，同樣關(guān)鍵的是確保 RF 輸出遠離 RF 輸入。這也適用于放大器、緩沖器和濾波器。在最壞情況下，如果放大器和緩沖器的輸出以適當的相位和振幅反饋到它們的輸入端， 那么它們就有可能產(chǎn)生自激振蕩。在最好情況下， 它們將能在任何溫度和電壓條件下穩定地工作。實(shí)際上， 它們可能會(huì )變得不穩定， 并將噪音和互調信號添加到RF 信號上。
輸入輸出需要拉開(kāi)距離
3 結束語(yǔ)
總而言之，射頻電路因其為分布參數電路，存在趨膚效應和耦合效應，不同于低頻電路和直流電路。因而在進(jìn)行射頻電路PCB 設計時(shí)，需要特別注意這些問(wèn)題，從而保證電路設計的有效和準確。E- Link 網(wǎng)絡(luò )數據傳輸器還可用于構建新一代的以太網(wǎng)測控系統，用以改造現有的由現場(chǎng)總線(xiàn)組成的分布式控制系統和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )測控設備。它將推動(dòng)家用電器智能化和網(wǎng)絡(luò )化，并使人們的生活方式發(fā)生深刻的變化。
