芯耀
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一、信號流直線為王
1.1 線性布局優(yōu)先
在射頻 PCB 設(shè)計的舞臺上，信號流的布局堪稱一場精密的舞蹈，而線性布局則是這場舞蹈的 “王者舞步”。想象一下，射頻信號就像一位敏捷的舞者，在電路板的 “舞臺” 上穿梭。采用直線排列的 “一” 字形布局，能讓信號毫無阻礙地前行，最大程度減少信號反射和衰減，就如同舞者在寬敞、平坦的舞臺上自由跳躍，沒有任何羈絆。
然而，現(xiàn)實的電路板空間常常是有限的，就像舞臺的空間受到了限制。這時候，L 型布局就像是舞者的一個巧妙轉(zhuǎn)身，雖然不能像直線那樣一氣呵成，但也能較好地保持信號的完整性，讓信號繼續(xù)流暢地傳遞。
需要注意的是，U 型結(jié)構(gòu)就如同舞者在舞臺上做了一個復(fù)雜且容易出錯的動作，其拐角會引發(fā)嚴重的電磁干擾，使信號 “迷失方向”。所以，在設(shè)計中要盡量避免使用 U 型布局，就像舞者要避免那些容易失誤的動作一樣。
PA（功率放大器）和 LNA（低噪聲放大器）是射頻電路中的兩位 “明星演員”，但它們的 “性格” 截然不同。PA 工作時 “熱情奔放”，會產(chǎn)生較大的電磁干擾；而 LNA 則 “敏感細膩”，對外界干擾十分 “在意”。因此，必須將它們嚴格隔離，比如分面放置，就像讓兩位演員在不同的舞臺區(qū)域表演，或者安排它們分時工作，避免相互 “干擾戲份”。
1.2 對稱與模塊化設(shè)計
對于多通道電路而言，布局的對稱性就如同一場精心編排的群舞，每個舞者的動作、位置都需要精準一致。只有保持布局的對稱性，才能確保各通道的時延和阻抗一致，讓信號在各個通道中同步、和諧地傳輸。如果布局不對稱，就像群舞中有人動作不協(xié)調(diào)，會導(dǎo)致信號時延、失配或幅度差異，影響整個系統(tǒng)的性能。
模塊化設(shè)計配合屏蔽腔隔離，則是為這場舞蹈搭建了一個個獨立的 “小舞臺”。將射頻電路中的各個功能模塊進行模塊化設(shè)計，就像把群舞中的不同舞蹈段落分開編排，每個模塊都有自己獨立的空間。再用屏蔽腔將這些模塊隔離開來，就如同在各個 “小舞臺” 之間設(shè)置了屏障，有效阻隔電磁干擾。在多級放大器這個 “大型舞蹈場景” 中，級間隔離尤為重要，它能確保每個 “舞蹈段落” 之間互不干擾，讓整個表演更加精彩。
二、阻抗控制
2.1 嚴格阻抗匹配
在射頻 PCB 設(shè)計中，阻抗控制是確保信號高效傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，而 50 歐姆則是其中的 “黃金數(shù)值”。就像運動員在跑步時，需要合適的跑鞋來確保步伐穩(wěn)定，射頻信號線也需要精準地將特征阻抗控制為 50 歐姆，才能保證信號傳輸的穩(wěn)定。
要實現(xiàn)這一目標，就需要從多個方面入手，如同運動員需要從飲食、訓(xùn)練等多方面提升自己一樣。通過巧妙地調(diào)整線寬，就像調(diào)整跑鞋的尺碼，以適應(yīng)不同的信號傳輸需求；精心設(shè)計層疊結(jié)構(gòu)，如同搭建穩(wěn)固的跑步基礎(chǔ)；選擇合適的介質(zhì)材料，仿佛挑選優(yōu)質(zhì)的跑步裝備，以此來精確控制阻抗。
在走線過程中，拐角的處理至關(guān)重要。采用圓弧或 45° 斜角，就像運動員在轉(zhuǎn)彎時采用合理的姿勢，能夠避免直角反射帶來的信號損耗，讓信號流暢地通過。而過孔數(shù)量則應(yīng)最小化，因為過多的過孔會像跑步途中的障礙物，導(dǎo)致阻抗突變，影響信號的順利傳輸。
2.2 共面阻抗與包地
對于重要的信號線，包地處理就像是給它們穿上了一層 “防護服”。與地平面保持至少 1W 距離（W 為線寬），并密集布置接地過孔，能有效減少電磁泄漏，讓信號在安全的環(huán)境中傳輸。
在天線區(qū)域，保持銅箔凈空則是為了確保信號能夠自由地輻射出去。就像鳥兒需要廣闊的天空才能自由翱翔，天線信號也需要足夠的空間來展現(xiàn)其 “實力”，不受其他因素的干擾，從而保證信號的輻射效率，實現(xiàn)高效的通信。
三、電源與地平面
3.1 電源濾波與局部穩(wěn)壓
在射頻 PCB 設(shè)計中，電源的穩(wěn)定供應(yīng)是整個系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)，而電源濾波與局部穩(wěn)壓則是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵手段。
采用局部降壓 / 增壓技術(shù)，就像是為不同的 “用電小區(qū)域” 量身定制合適的 “電力供應(yīng)方案”。在信號路徑添加濾波電容和電感，它們就如同一個個 “電力衛(wèi)士”，時刻監(jiān)控并抑制電源噪聲，確保信號在傳輸過程中不會受到電源波動的干擾。
為了減少電磁輻射和耦合，要避免電源層分割，優(yōu)先使用長條形電源線，這樣可以有效減少環(huán)路面積，讓電源信號更加穩(wěn)定。就像合理規(guī)劃城市交通路線，減少道路的曲折和交叉，能讓車輛行駛更加順暢一樣，電源線的合理布局也能讓電源信號傳輸?shù)酶痈咝А?/p>
3.2 地平面完整性
高功率區(qū)域就像一個 “能量中心”，需要完整地平面來確保能量的穩(wěn)定傳輸和減少干擾。避免過孔穿透，是為了防止地平面的 “完整性防線” 被破壞，導(dǎo)致信號泄漏和干擾增加。
地平面內(nèi)縮 20H（H 為層間距）的做法，就像是給地平面穿上了一層 “隱形的防護衣”，能夠有效減少邊緣輻射，提高系統(tǒng)的電磁兼容性。在多層板設(shè)計中，建議將地平面置于表層下第二層，這樣可以為信號提供穩(wěn)定的參考平面，增強屏蔽效果，就像為信號傳輸搭建了一個堅固的 “保護屏障”。
四、布線與工藝優(yōu)化
4.1 走線規(guī)則
在射頻 PCB 設(shè)計中，布線就像是繪制一幅精密的地圖，每一條線路都至關(guān)重要。射頻走線應(yīng)遵循短而直的原則，如同高速公路一樣，讓信號能夠快速、順暢地通行。要盡量避免出現(xiàn)尖角，因為尖角就像道路上的急轉(zhuǎn)彎，會導(dǎo)致信號反射，影響信號的傳輸質(zhì)量。同時，也要減少長線的出現(xiàn)，長線就像漫長而曲折的小路，會增加信號的傳輸延遲和損耗。如果實在無法避免長走線，那么可以通過增加接地過孔的方式來減少信號的損耗，接地過孔就像是道路旁的服務(wù)區(qū)，能夠為信號提供穩(wěn)定的支撐。
當信號線與其他層交叉時，就如同道路與橋梁的交匯，需要特別小心。此時，應(yīng)使用地線進行隔離，就像在道路與橋梁之間設(shè)置了隔離帶，防止信號串擾，確保信號能夠安全、穩(wěn)定地傳輸。
數(shù)字電路和模擬電路就像是兩個不同的世界，它們有著不同的 “性格” 和 “需求”。數(shù)字信號變化快速，就像一個活潑好動的孩子；而模擬信號則較為敏感，如同一個細膩的藝術(shù)家。因此，必須將數(shù)字電路和模擬電路嚴格分區(qū)，讓它們在各自的區(qū)域內(nèi) “生活”，避免相互干擾。同時，為它們提供獨立的電源供電，就像為兩個不同的社區(qū)提供獨立的能源供應(yīng)，確保它們能夠正常運行。
4.2 過孔與銅箔處理
接地過孔的分布方式對信號的傳輸有著重要的影響。將接地過孔按照菱形分布，就像在戰(zhàn)場上布置防御陣地一樣，能夠形成一個有效的屏蔽網(wǎng)絡(luò)，抑制電磁干擾。過孔的間距應(yīng)小于 λ/20（λ 為信號波長），這樣可以確保接地效果良好，讓信號能夠在一個穩(wěn)定的環(huán)境中傳輸。
銅箔的邊緣處理也不容忽視。銅箔邊緣應(yīng)保持平滑，避免出現(xiàn)毛刺，就像刀具的刀刃一樣，平滑的邊緣能夠減少信號的反射和輻射。在天線周圍 3W 范圍內(nèi)，應(yīng)避免存在其他銅箔，因為天線就像一個敏感的接收器，周圍的銅箔可能會干擾它接收信號，確保天線能夠在一個 “干凈” 的環(huán)境中工作，提高信號的輻射效率。
五、屏蔽與隔離
5.1 屏蔽腔設(shè)計
在射頻 PCB 設(shè)計中，屏蔽與隔離是抵御電磁干擾的重要手段，而屏蔽腔設(shè)計則是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。就像為射頻電路打造了一個堅固的 “堡壘”，能夠有效阻擋外界干擾的侵入，同時防止內(nèi)部信號的泄漏。
在設(shè)計屏蔽腔時，通常采用矩形結(jié)構(gòu)，這種形狀不僅便于加工，而且在電磁屏蔽方面表現(xiàn)出色。為了進一步提升屏蔽效果，拐角處應(yīng)設(shè)計成圓弧形。這是因為直角拐角容易產(chǎn)生電磁泄漏，而圓弧形拐角能夠使電磁能量更加均勻地分布，從而減少泄漏的可能性，就像將堡壘的棱角磨圓，讓敵人難以找到攻擊的突破口。
對于輸入輸出接口，必須進行嚴格的隔離處理。這就好比在堡壘的入口和出口設(shè)置了堅固的關(guān)卡，防止外界干擾通過接口進入系統(tǒng)。必要時，可以使用屏蔽層或金屬化孔來固定屏蔽殼，確保屏蔽腔的完整性和穩(wěn)定性，讓 “堡壘” 更加堅固可靠。
5.2 環(huán)境因素考量
除了屏蔽腔設(shè)計，環(huán)境因素也是射頻 PCB 設(shè)計中不可忽視的重要方面。就像在選擇建造堡壘的位置時，需要考慮周邊的環(huán)境安全，射頻 PCB 也需要遠離外部干擾源，如電機、變壓器等。這些設(shè)備在運行時會產(chǎn)生強烈的電磁干擾，就像周邊存在著危險的敵人，隨時可能對射頻電路發(fā)起 “攻擊”。
高溫器件的散熱問題同樣不容忽視。在射頻電路中，高溫器件就像堡壘中的 “發(fā)熱源”，如果不能及時散熱，就會像堡壘內(nèi)部起火一樣，影響整個系統(tǒng)的性能。因此，需要合理規(guī)劃散熱路徑，確保高溫器件能夠及時將熱量散發(fā)出去，避免對射頻性能造成不利影響，讓堡壘始終保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。
六、電源濾波電容配置
6.1 高頻電容布局
在射頻 PCB 設(shè)計中，高頻電容就像是一個個敏銳的 “噪聲捕捉器”，能夠精準地濾除高頻噪聲，確保電源的純凈。
對于小于 10 個輸出的小規(guī)模集成電路，當工作頻率≤50MHz 時，至少要配接一個 100nF（0.1μF ）的濾波電容，就像為一個小型社區(qū)配備了一個基本的 “清潔站”，能夠滿足其基本的噪聲清理需求。而當工作頻率≥50MHz 時，每個電源引腳都需要配接一個 100nF 的濾波電容，這就好比為社區(qū)里的每一戶人家都單獨安裝了一個 “小型清潔器”，確保每家都能得到最及時、最有效的噪聲清理服務(wù)。
對于中大規(guī)模集成電路，由于其規(guī)模較大、功能復(fù)雜，就像一個大型的城市，需要更多的 “清潔力量”。因此，每個電源引腳都應(yīng)配接一個 100nF 的濾波電容。對于電源引腳冗余量較大的電路，也可按輸出引腳的個數(shù)計算配接電容的個數(shù)，每 5 個輸出配接一個 100nF 濾波電容，這樣能夠根據(jù)實際需求靈活配置 “清潔資源”，確保整個 “城市” 的電源噪聲得到有效控制。
在超高頻電路這個更加 “敏感” 的環(huán)境中，就需要更 “精細” 的噪聲清理工具。每個電源引腳應(yīng)配接一個 1nF 的濾波電容，每 5 個輸出引腳也同樣配置一個 1nF 電容，這些 1nF 電容就像是超高頻電路中的 “精密清潔儀器”，能夠捕捉到極其微小的高頻噪聲，為電路提供最純凈的電源環(huán)境。
高頻濾波電容在布局時，應(yīng)盡可能靠近 IC 電路的電源引腳處，就像清潔站要建在最需要清理的地方一樣。濾波電容焊盤至連接盤的連線應(yīng)采用 0.3mm 的粗線連接，就像拓寬了清潔通道，讓噪聲能夠更快速地被清理掉。同時，互連長度應(yīng)≤1.27mm，這是為了確保噪聲在最短的時間內(nèi)被處理，減少噪聲對電路的影響。
6.2 低頻電容補充
低頻電容在射頻 PCB 設(shè)計中同樣起著不可或缺的作用，它就像是一個 “能量儲備庫”，能夠為電路提供穩(wěn)定的低頻能量支持。
每 5 只高頻濾波電容至少要配接一只 10μF 低頻的濾波電容，這就好比在一個區(qū)域內(nèi)，每 5 個小型 “清潔站” 旁邊都要配備一個 “能量補給站”，以保證在清理高頻噪聲的同時，也能為電路提供穩(wěn)定的低頻能量。每 5 只 10μF 至少配接兩只 47μF 低頻的濾波電容，這是進一步加強了 “能量補給” 的力度，確保電路在低頻段也能保持穩(wěn)定的運行。
在每 100cm2 范圍內(nèi)，至少要配接 1 只 220μF 或 470μF 低頻濾波電容，這就像是在一個大型的工業(yè)園區(qū)內(nèi)，每隔一定的區(qū)域就要設(shè)置一個大型的 “能量中心”，為整個區(qū)域內(nèi)的電路提供充足的低頻能量。每個模塊電源出口周圍應(yīng)至少配置 2 只 220μF 或 470μF 電容，如果空間允許，還應(yīng)適當增加電容的配置數(shù)量，這是為了確保每個模塊在工作時都能得到足夠的低頻能量支持，避免因能量不足而導(dǎo)致的電路故障。
低頻的濾波電容應(yīng)圍繞被濾波的電路均勻放置，就像能量補給站要均勻分布在需要能量的區(qū)域周圍一樣，這樣能夠確保電路的各個部分都能得到均衡的能量供應(yīng)，保證電路的穩(wěn)定運行。
七、數(shù)字與模擬分離
7.1 區(qū)域劃分
在射頻 PCB 設(shè)計中，數(shù)字電路和模擬電路就像是兩個性格迥異的鄰居，它們的工作方式和對環(huán)境的要求各不相同。數(shù)字電路以其快速的信號變化和高噪聲水平而著稱，就像一個熱鬧喧囂的街區(qū)；而模擬電路則對信號的微小變化極為敏感，如同一個需要安靜環(huán)境的藝術(shù)家工作室。為了避免它們之間的相互干擾，就需要將它們嚴格地分區(qū)域布局。
在布局時，要將數(shù)字電路和模擬電路分別安排在電路板的不同區(qū)域，就像將不同的功能區(qū)域劃分在城市的不同位置一樣。為它們提供獨立的電源和地平面，這就好比為兩個不同的社區(qū)提供獨立的水電供應(yīng)和基礎(chǔ)設(shè)施，確保它們在各自的 “領(lǐng)域” 內(nèi)穩(wěn)定運行。
高速數(shù)字信號就像一輛輛高速行駛的汽車，會產(chǎn)生強烈的電磁干擾。因此，要讓它們遠離射頻路徑，避免它們與射頻信號 “碰撞”，減少開關(guān)噪聲對射頻信號的耦合干擾。例如，在設(shè)計一個無線通信模塊時，將數(shù)字信號處理器和射頻前端模塊分別放置在電路板的兩端，并通過屏蔽層將它們隔離開來，這樣可以有效地降低數(shù)字信號對射頻信號的干擾，保證通信的穩(wěn)定性。
八、過孔管理
8.1 減少過孔數(shù)量
在射頻 PCB 設(shè)計中，過孔就像是信號傳輸?shù)缆飞系?“驛站”，雖然有時必不可少，但過多的過孔會對信號傳輸產(chǎn)生負面影響。因此，要盡量減少過孔的使用數(shù)量，尤其是在射頻信號線上。
射頻信號線應(yīng)盡量避免跨層，因為每一次跨層都意味著要使用過孔，而過孔會引入寄生電感和電容，就像在道路上設(shè)置了一些障礙物，會影響信號的傳輸速度和質(zhì)量。如果必須使用過孔，要嚴格控制過孔的尺寸，就像控制驛站的規(guī)模一樣，避免過大的過孔帶來過大的寄生效應(yīng)。同時，增加接地過孔環(huán)繞，就像在驛站周圍設(shè)置了一圈保護屏障，能夠有效降低電感效應(yīng)，讓信號能夠更加順暢地通過。
九、3W 與 20H 規(guī)則
9.1 線間距與層內(nèi)縮
在射頻 PCB 設(shè)計中，3W 與 20H 規(guī)則是減少串擾與輻射的重要手段。3W 規(guī)則主要針對信號線間距，要求信號線中心間距不小于 3 倍線寬。這是因為當線中心間距達到 3 倍線寬時，可保持 70% 的電場不互相干擾；若要達到 98% 的電場不互相干擾，則需使用 10W 的間距。就像在擁擠的街道上，人與人之間保持一定的距離，才能避免相互碰撞和干擾。在射頻電路中，信號線之間也需要保持這樣的 “安全距離”，以減少線間串擾，確保信號的穩(wěn)定傳輸。
20H 規(guī)則則聚焦于電源層和地層之間的電場變化。由于在板的邊緣，電場會向外輻射電磁干擾，即邊沿效應(yīng)。為了解決這個問題，需要將電源層內(nèi)縮。以一個 H（電源層和地層之間的介質(zhì)厚度）為單位，內(nèi)縮 20H 可將 70% 的電場限制在接地層邊沿內(nèi)，內(nèi)縮 100H 則可將 98% 電場限制在內(nèi)。這就好比給電源層穿上了一層 “緊身衣”，將電場緊緊地束縛在接地層的范圍內(nèi)，從而有效抑制了邊緣輻射，提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。
十、測試與迭代
10.1 可測試性設(shè)計
在射頻 PCB 設(shè)計的漫長征程中，測試與迭代是邁向成功的最后關(guān)鍵階段，而可測試性設(shè)計則是這一階段的基石。預(yù)留測試點就像是在精心繪制的地圖上標注出關(guān)鍵的 “檢查點”，這些測試點能讓我們在調(diào)試和驗證過程中，方便地接入測試設(shè)備，精準地檢測信號的各項參數(shù)，確保電路的性能符合設(shè)計要求。比如在一些復(fù)雜的射頻通信模塊中，通過預(yù)留的測試點，工程師可以輕松地測量射頻信號的功率、頻率、相位等關(guān)鍵指標，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題。
在這個數(shù)字化的時代，仿真工具（如 HFSS）就像是我們手中的 “魔法棒”，能夠在設(shè)計階段對天線和屏蔽結(jié)構(gòu)進行全方位的模擬和優(yōu)化。通過 HFSS，我們可以在虛擬環(huán)境中構(gòu)建天線和屏蔽結(jié)構(gòu)的模型，模擬它們在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。這樣一來，我們就能在實際制作 PCB 之前，發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題，大大減少了試錯成本。就像在建造一座橋梁之前，先通過計算機模擬來優(yōu)化橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保橋梁在實際使用中能夠承受各種荷載，安全穩(wěn)固。
