射頻電路PCB設計

隨著通信技術的發展，手持無線射頻電路科技運用越來越廣，如：無線尋呼機、手機、無線PDA等，其中的射頻電路的性能指標直接影響整個產品的質量。 這些掌上產品的一個最大特點就是小型化，而小型化意味著元器件的密度很大，這使得元器件（包括SMD、SMC、裸片等）的相互干擾十分突出。 電磁干擾訊號如果處理不當，可能造成整個電路系統的無法正常工作，囙此，如何防止和抑制電磁干擾，提高電磁相容性，就成為設計射頻電路PCB時的一個非常重要的課題。 同一電路，不同的PCB設計結構，其性能指標會相差很大。 本討論採用Protel99 SE軟件進行掌上產品的射頻電路PCB設計時，如果最大限度地實現電路的性能指標，以達到電磁相容要求。

1板材的選擇

印刷電路板的基材包括有機類與無機類兩大類。 基材中最重要的效能是介電常數 ε r、耗散因數（或稱介質損耗）tan δ、 熱膨脹係數CET和吸濕率。 其中 ε r影響電路阻抗及訊號傳輸速率。 對於高頻電路，介電常數公差是首要考慮的更關鍵因素，應選擇介電常數公差小的基材。

2 PCB設計流程

由於Protel99 SE軟件的使用與Protel 98等軟件不同，囙此，首先簡要討論採用Protel99 SE軟件進行PCB設計的流程。

①由於Protel99 SE採用的是工程（PROJECT）資料庫模式管理，在Windows 99下是隱含的，所以應先鍵立1個資料庫檔案用於管理所設計的電路原理圖與PCB版圖。

②原理圖的設計。 為了可以實現網絡連接，在進行原理設計之間，所用到的元器件都必須在元器件庫中存在，否則，應在SCHLIB中做出所需的元器件並存入庫檔案中。 然後，只需從元器件庫中調用所需的元器件，並根據所設計的電路圖進行連接即可。

③原理圖設計完成後，可形成一個網絡錶以備進行PCB設計時使用。

④PCB的設計。 a.PCB外形及尺寸的確定。 根據所設計的PCB在產品的位置、空間的大小、形狀以及與其它部件的配合來確定PCB的外形與尺寸。 在MECHANICAL LAYER層用PLACE TRACK命令畫出PCB的外形。 b.根據SMT的要求，在PCB上製作定位孔、視眼、參考點等。 c.元器件的製作。 假如需要使用一些元器件庫中不存在的特殊元器件，則在佈局之前需先進行元器件的製作。 在Protel99 SE中製作元器件的過程比較簡單，選擇“DESIGN”選單中的“MAKE LIBRARY”命令後就進入了元器件製作視窗，再選擇“TOOL”選單中的“NEW COMPONENT”命令就可以進行元器件的設計。 這時只需根據實際元器件的形狀、大小等在TOP LAYER層以PLACE PAD等命令在一定的位置畫出相應的焊盤並編輯成所需的焊盤（包括焊盤形狀、大小、內徑尺寸及角度等，另外還應標出焊盤相應的引脚名），然後以PLACE TRACK命令在TOP OVERLAYER層中畫出元器件的最大外形，取一個元器件名存入元器件庫中即可。 d.元器件製作完成後，進行佈局及佈線，這兩部分在下麵具體進行討論。 e.以上過程完成後必須進行檢查。 這一方面包括電路原理的檢查，另一方面還必須檢查相互間的匹配及裝配問題。 電路原理的檢查可以人工檢查，也可以採用網絡自動檢查（原理圖形成的網絡與PCB形成的網絡進行比較即可）。 f.檢查無誤後，對檔案進行存檔、輸出。 在Protel99 SE中必須使用“FILE”選項中的“EXPORT”命令，把檔案存放到指定的路徑與檔案中（“IMPORT”命令則是把某一檔案調入到Protel99 SE中）。 注：在Protel99 SE中“FILE”選項中的“SAVE COPY AS…”命令執行後，所選取的檔名在Windows 98中是不可見的，所以在資料總管中是看不到該檔案的。 這與Protel 98中的“SAVE AS…”功能不完全一樣。

3元器件的佈局

由於SMT一般採用紅外爐熱流焊來實現元器件的焊接，因而元器件的佈局影響到焊點的質量，進而影響到產品的成品率。 而對於射頻電路PCB設計而言，電磁相容性要求每個電路模塊儘量不產生電磁輻射，並且具有一定的抗電磁干擾能力，囙此，元器件的佈局還直接影響到電路本身的干擾及抗干擾能力，這也直接關系到所設計電路的效能。 囙此，在進行射頻電路PCB設計時除了要考慮普通PCB設計時的佈局外，主要還須考慮如何减小射頻電路中各部分之間相互干擾、如何减小電路本身對其它電路的干擾以及電路本身的抗干擾能力。 根據經驗，對於射頻電路效果的好壞不僅取決於射頻電路板本身的性能指標，很大部分還取決於與CPU處理板間的相互影響，囙此，在進行PCB設計時，合理佈局顯得尤為重要。

佈局總原則：元器件應盡可能同一方向排列，通過選擇PCB進入熔錫系統的方向來减少甚至避免焊接不良的現象； 根據經驗元器件間最少要有0.5mm的間距才能滿足元器件的熔錫要求，若PCB板的空間允許，元器件的間距應盡可能寬。 對於雙面板一般應設計一面為SMD及SMC元件，另一面則為分立元件。

佈局中應注意：

*首先確定與其它PCB板或系統的介面元器件在PCB板上的位置，必須注意介面元器件間的配合問題（如元器件的方向等）。

*因為掌上用品的體積都很小，元器件間排列很緊湊，囙此對於體積較大的元器件，必須優先考慮，確定出相應位置，並考慮相互間的配合問題。

*認真分析電路結構，對電路進行分塊處理（如高頻放大電路、混頻電路及解調電路等），盡可能將強電訊號和弱電訊號分開，將數位信號電路和類比信號電路分開，完成同一功能的電路應盡量安排在一定的範圍之內，從而减小訊號環路面積； 各部分電路的濾波網絡必須就近連接，這樣不僅可以减小輻射，而且可以减少被干擾的幾率，根據電路的抗干擾能力。

*根據單元電路在使用中對電磁相容性敏感程度不同進行分組。 對於電路中易受干擾部分的元器件在佈局時還應儘量避開干擾源（比如來自資料處理板上CPU的干擾等）。

4佈線

在基本完成元器件的佈局後，就可開始佈線了。 佈線的基本原則為：在組裝密度許可情况下後，儘量選用低密度佈線設計，並且訊號走線儘量粗細一致，有利於阻抗匹配。

對於射頻電路，訊號線的走向、寬度、線間距的不合理設計，可能造成訊號訊號傳輸線之間的交叉干擾； 另外，系統電源自身還存在雜訊干擾，所以在設計射頻電路PCB時一定要綜合考慮，合理佈線。

佈線時，所有走線應遠離PCB板的邊框（2mm左右），以免PCB板製作時造成斷線或有斷線的隱患。 電源線要盡中能寬，以减少環路電阻，同時，使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致，以提高抗干擾能力； 所布訊號線應盡可能短，並儘量減少過孔數目； 各元器件間的連線越短越好，以减少分佈參數和相互間的電磁干擾； 對於不相容的訊號線應量相互遠離，而且儘量避免平行走線，而在正向兩面的訊號線應用互垂直； 佈線時在需要拐角的地址方應以135°角為宜，避免拐直角。

佈線時與焊盤直接相連的線條不宜太寬，走線應儘量離開不相連的元器件，以免短路； 過孔不腚畫在元器件上，且應儘量遠離不相連的元器件，以免在生產中出現虛焊、連焊、短路等現象。

在射頻電路PCB設計中，電源線和地線的正確佈線顯得尤其重要，合理的設計是克服電磁干擾的最重要的手段。 PCB上相當多的干擾源是通過電源和地線產生的，其中地線引起的雜訊干擾最大。

地線容易形成電磁干擾的主要原因於地線存在阻抗。 當有電流流過地線時，就會在地線上產生電壓，從而產生地線環路電流，形成地線的環路干擾。 當多個電路共用一段地線時，就會形成公共阻抗耦合，從而產生所謂的地線雜訊。 囙此，在對射頻電路PCB的地線進行佈線時應該做到：

*首先，對電路進行分塊處理，射頻電路基本上可分成高頻放大、混頻、解調、本振等部分，要為各個電路模塊提供一個公共電位參考點即各模塊電路各自的地線，這樣訊號就可以在不同的電路模塊之間傳輸。 然後，匯總於射頻電路PCB接入地線的地方，即匯總於總地線。 由於只存在一個參考點，囙此沒有公共阻抗耦合存在，從而也就沒有相互干擾問題。

*數位區與類比區盡可能地線進行隔離，並且數位地與類比地要分離，最後接於電源地。

*在各部分電路內部的地線也要注意單點接地原則，儘量减小訊號環路面積，並與相應的濾波電路的地址就近相接。

*在空間允許的情况下，各模塊之間最好能以地線進行隔離，防止相互之間的訊號耦合效應。

5結論

射頻電路PCB設計的關鍵在於如何减少輻射能力以及如何提高抗干擾能力，合理的佈局與佈線是設計射頻電路PCB的保證。 文中所述方法有利於提高射頻電路PCB設計的可靠性，解决好電磁干擾問題，進而達到電磁相容的目的。