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【转】RF PCB的设计要点

小功率的RF的PCB标准主要用于设计FR4材料(绝缘特性好,材料均匀,介电常数ε=4,10%)。主要使用4层~当成本非常敏感时,可以使用6层板的厚度为1mm以下双面板应确保反面是一个完整的地层,而双面板的厚度为1mm以上,使地层与信号层之间FR4介质厚,为了使介质厚RF信号线阻抗达到50欧元,信号线宽度通常为2mm左右,使得板子的空间分布很难控制。对于四层板,顶层一般只走RF信号线,第二层是完整的地面,第三层是电源,底层一般控制RF设置设备状态的数字信号线(例如设置ADF4360系列PLL的clk、data、LE信号线。)最好不要把第三层的电源做成一个连续的平面,而是让每个平面RF设备的电源布线呈星形分布,最后接一点。第三层RF不要将设备的电源线与底部的数字线交叉。

混合信号PCB,RF这个距离通常是2cm以上,至少保证1cm),数字部分的接地应与RF部分分开。严禁直接使用开关电源RF部分供电。主要是开关电源的纹波会RF部分信号调制。这种调制往往会严重破坏射频信号,导致致命结果。通常,开关电源的输出可以通过大的扼流圈和π滤波器通过线性稳压低噪声LDO(Micrel的MIC5207、MIC5265系列,高压大功率RF可考虑使用电路LM1085、LM1083等RF电路电源。

RF的PCB各部件应紧密布置,以确保各部件之间的连接最短。对于ADF4360-7的电路,在pin-9、pin-10引脚上的VCO电感与ADF4360芯片之间的距离应尽可能短,以确保电感与芯片之间连接带来的串联电感分布最小。板子上的每一个RF器件的地(GND)引脚包括电阻、电容、电感和地面(GND)相连的引脚应在尽可能靠近引脚的地方与地层(第二层)打孔。

在选择在高频环境下工作的部件时,尽可能使用贴纸。这是因为贴纸部件通常体积小,引脚很短。这可以尽可能减少元件引脚和元件内部布线的附加参数的影响。特别是单独的电阻、电容器和电感元件,使用较小的包装(0603 2)对提高电路的稳定性和一致性很有帮助;

在高频环境下工作的有源设备通常有一个以上的电源引脚。此时,必须注意靠近每个电源的引脚(1mm左右)设置单独的去偶电容,容值为100nF左右。如果电路板空间允许,建议每个引脚使用两个去偶电容,容值分别为1nF和100nF。一般使用的材料是X5R或者X7R陶瓷电容器。对于同一个RF在有源设备中,不同的电源引脚可以为该设备(芯片)中的不同官能部分供电,而芯片中的每个官能部分可以以不同的频率工作。比如ADF4360有三个电源引脚,分别为片内的VCO、PFD数字部分供电。这三部分功能完全不同,工作频率也不同。一旦数字部分的低频噪声通过电源布线传输到VCO部分,那么VCO这种噪声可以调制输出频率,导致杂散难以消除。为了防止这种情况发生,在有源地RF除了使用单独的去偶电容器外,设备各功能部件的电源引脚还必须通过电感磁珠(10uH左右)再连到一起。这种设计包含了那些LO缓冲放大和RF有源混频器缓冲放大LO-RF、LO-IF隔离性能的提高非常有利。

对于PCB上RF必须使用特殊信号的馈入和馈出RF同轴连接器。最常用的是SMA类型连接器。对于SMA对于连接器,分为直插式和微带式。对于频率在3GHz以下信号,信号功率小,我们不在乎微弱的插损,可以使用直插式SMA连接器。如果信号的频率进一步增加,我们需要仔细选择RF连接线材和RF的连接器。此时直插式SMA由于其结构(主要是转弯),连接器可能会导致较大的信号插损。这个时候可以用质量更好(关键是连接器用。PTFE微带绝缘子材料)SMA解决问题的连接器。同样,如果你的频率不高,但要求插损、功率等指标,也可以考虑微带SMA连接器。另外小型的RF连接器还有SMB、SMC等型号,对SMB连接器而言,一般这一类连接器只支持2GHz以下信号传输,SMB在高振动场合,连接器使用的卡扣结构会出现闪断。所以在选择SMB仔细考虑连接器。多数的RF连接器有500次插拔限制,插拔过频繁可能永久损坏连接器,因此在调试中RF不要把它放在电路上RF螺丝拧紧连接器时玩。由于SMB的PCB座椅的部分是针式结构(公共),因此对焊经常插PCB一端连接器损耗相对较小,降低了维护难度,因此在这种情况下SMB连接器也是不错的选择。此外,对空间要求很高的场合也有GDR选择一种微型连接器。即使阻抗不是50欧元、低频、小信号、精密直流等模拟信号或数字部分的高频时钟、低抖动时钟、高速串行信号等数字信号,也可以使用SMA作为馈出馈入的连接器。

在设计RF PCB对RF信号的走线的宽度是有严格的规定的。根据设计PCB严格计算厚度和介电常数,模拟相应频点的电阻,确保为50欧元(CATV75欧)。然而,我们并不总是需要严格的阻抗匹配。在某些情况下,较小的阻抗失配可能与严重问题无关(如40欧元)~60欧元);而且,即使你在理想情况下模拟板子,实际上也会交给你PCB厂家在生产过程中使用的工艺会导致板材的实际阻抗和仿真结果千里不同。所以对于RF PCB我的建议是:和PCB工厂适当沟通,获得相应厚度和层数的板材50欧走线宽度范围;在所有50欧元的宽度范围内选择合适的宽度统一应用RF信号线上;在PCB交付生产时,在Script50欧阻抗匹配表示所有宽度的线。这这个时候,没有必要指出很多需要阻抗匹配的线(对于PCB对于制造商来说,他们会在你设计的PCB延伸在拼版的情况下制作阻抗条。出厂时,测试阻抗条上相应宽度的样布线的阻抗,大致确定板上相同宽度布线的阻抗。最后,阻抗条被PCB工厂切割回收,不会被你看到)。不同的频率,相同宽度的线所显示的阻抗会略有不同,但这种差异通常在10%以内。当然,你也可以编写一个非常复杂的阻抗设置脚本,让纸板厂根据自己的工艺微调不同频率工作的接线宽度,使其阻抗严格设置为50欧元,然后要求PCB工厂筛选每条线。这样做会导致成本对数增加,产生大量的废品率;而在这种情况下PCB实装后,由于焊锡的分布和分布RF元件本身的因素仍然会导致阻抗偏差。这种情况极其罕见,因为即使是精确的RF测试测量仪器,RF软件可以轻松纠正小信号布线阻抗的弱失配(5%以内)带来的误差;对于相对粗糙的通信机,更不用说5%的差异了。但我,对于LNA(低噪放)和PA(功放)部分RF电路而言,RF走线的阻抗非常敏感,但幸运的是,无论是否LNA电路还是PA电路、线路频率必须相同,线路数量较少(只有输入和输出两个节点)。此时,我建议在敏感场合,LNA和PA单独做板,使用高质量的介质介电常数分布均匀RF专用的PCB板材(Rogers/Arlon/Taconics),在RF阻焊油(又称绿油)不用于信号线部分,以避免阻焊带来的阻抗漂移;并要求PCB制板厂提供阻抗试验报告。因为LNA电路输入部分本身的信号功率很小(-150dBm以下),阻抗失配带来的插损进一步降低了宝贵的信号强度;对于PA就电路而言,由于其工作功率高,阻抗失配带来的插损可以消耗大量能量(相比之下,插损也是1dB:10dBm信号衰减为9dBm和50dBm衰减为49dBm能量消耗的差异,呵呵,后者可以产生20W热量)在某些功率上千瓦PA中,1dB插损可能会带来火光四溅的效果,呵呵。

对于那些在PCB上实现那些在ADS、HFSS在模拟工具中等待模拟生成RF微带电路,特别是定向耦合器和滤波器(PA窄带滤波器)、微带谐振腔(例如,您正在设计中VCO)、阻抗匹配网络等,必须与之匹配PCB工厂沟通,使用厚度、介电常数等指标与模拟时使用的指标严格一致的板材。最好的解决办法是自己找微波PCB板材代理购买相应的板材,然后委托PCB厂加工。

在RF在电路中,我们经常使用晶体振荡器作为频标,这可能是TCXO、OCXO或普通晶振。对于此类晶振电路,必须远离数字部分,并用的低噪声供电系统。而更重要的是晶振可能随着环境温度的变化产生频率飘移,对于TCXO和OCXO而且还是会有这样的情况,只是程度比较小。特别是贴片小包装的晶振产品对环境温度非常敏感。在这种情况下,我们可以在晶体振动电路上添加金属盖(不直接接触晶体振动的包装),以减少环境温度的突然变化,导致晶体振动频率的漂移。当然,这将导致体积和成本的增加。

标签: smb微小型射频同轴连接器

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