手機(jī)PCB電路板抄板改板技巧
手機(jī)功能多、元器件多,但PCB空間小,手機(jī)板PCB抄板改板對布線的設(shè)計的還原要去最高。通常需要四層到六層PCB板。高功率電路包括RF緩沖器和壓控制振蕩器(VCO)。確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地,最好上面沒有過孔,銅皮越多越好。敏感的模擬信號應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號和RF信號。
物理分區(qū)主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等問題;電氣分區(qū)可以繼續(xù)分解為電源分配、RF走線、敏感電路和信號以及接地等的分區(qū)。
物理分區(qū)
元器件布局是實現(xiàn)一個優(yōu)秀RF設(shè)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(diào)整其朝向以將RF路徑的長度減到最小,使輸入遠(yuǎn)離輸出,并盡可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路。
最有效的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線走在表層上。將RF路徑上的過孔尺寸減到最小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(nèi)其他區(qū)域的機(jī)會。
在物理空間上,像多級放大器這樣的線性電路通常足以將多個RF區(qū)之間相互隔離開來,但是雙工器、混頻器和中頻放大器/混頻器總是有多個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走線
RF與IF走線應(yīng)盡可能走十字交叉,并盡可能在它們之間隔一塊地。
正確的RF路徑對整塊PCB板的性能而言非常重要,這也就是為什么元器件布局通常在手機(jī)PCB板設(shè)計中占大部分時間的原因。
在手機(jī)PCB板設(shè)計上,通??梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁赑CB板的某一面,而高功率放大器放在另一面,并最終通過雙工器把它們在同一面上連接到RF端和基帶處理器端的天線上。需要一些技巧來確保直通過孔不會把RF能量從板的一面?zhèn)鬟f到另一面,常用的技術(shù)是在兩面都使用盲孔。可以通過將直通過孔安排在PCB板兩面都不受RF干擾的區(qū)域來將直通過孔的不利影響減到最小。有時不太可能在多個電路塊之間保證足夠的隔離,在這種情況下就必須考慮采用金屬屏蔽罩將射頻能量屏蔽在RF區(qū)域內(nèi),金屬屏蔽罩必須焊在地上,必須與元器件保持一個適當(dāng)距離,因此需要占用寶貴的PCB板空間。盡可能保證屏蔽罩的完整非常重要,進(jìn)入金屬屏蔽罩的數(shù)字信號線應(yīng)該盡可能走內(nèi)層,而且最好走線層的下面一層PCB是地層。
RF信號線可以從金屬屏蔽罩底部的小缺口和地缺口處的布線層上走出去,不過缺口處周圍要盡可能地多布一些地,不同層上的地可通過多個過孔連在一起。
去耦電路
許多集成了線性線路的RF芯片對電源的噪音非常敏感,通常每個芯片都需要采用高達(dá)四個電容和一個隔離電感來確保濾除所有的電源噪音。一塊集成電路或放大器常常帶有一個開漏極輸出,因此需要一個上拉電感來提供一個高阻抗RF負(fù)載和一個低阻抗直流電源,同樣的原則也適用于對這一電感端的電源進(jìn)行去耦。
有些芯片需要多個電源才能工作,因此你可能需要兩到三套電容和電感來分別對它們進(jìn)行去耦處理,電感極少并行靠在一起,因為這將形成一個空芯變壓器并相互感應(yīng)產(chǎn)生干擾信號,因此它們之間的距離至少要相當(dāng)于其中一個器件的高度,或者成直角排列以將其互感減到最小。
電氣分區(qū)
手機(jī)的某些部分采用不同工作電壓,并借助軟件對其進(jìn)行控制,以延長電池工作壽命。這意味著手機(jī)需要運(yùn)行多種電源,而這給隔離帶來了更多的問題。
電源通常從連接器引入,并立即進(jìn)行去耦處理以濾除任何來自線路板外部的噪聲,然后再經(jīng)過一組開關(guān)或穩(wěn)壓器之后對其進(jìn)行分配。
手機(jī)PCB板上大多數(shù)電路的直流電流都相當(dāng)小,因此走線寬度通常不是問題,不過,必須為高功率放大器的電源單獨(dú)走一條盡可能寬的大電流線,以將傳輸壓降減到最低。
為了避免太多電流損耗,需要采用多個過孔來將電流從某一層傳遞到另一層。此外,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輻射到整塊板上,并帶來各種各樣的問題。
高功率放大器的接地相當(dāng)關(guān)鍵,并經(jīng)常需要為其設(shè)計一個金屬屏蔽罩。在大多數(shù)情況下,同樣關(guān)鍵的是確保RF輸出遠(yuǎn)離RF輸入。這也適用于放大器、緩沖器和濾波器在最好情況下,它們將能在任何溫度和電壓條件下穩(wěn)定地工作。實際上,它們可能會變得不穩(wěn)定,并將噪音和互調(diào)信號添加到RF信號上。如果射頻信號線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端,這可能會嚴(yán)重?fù)p害濾波器的帶通特性。
為了使輸入和輸出得到良好的隔離,首先必須在濾波器周圍布一圈地,其次濾波器下層區(qū)域也要布一塊地,并與圍繞濾波器的主地連接起來。把需要穿過濾波器的信號線盡可能遠(yuǎn)離濾波器引腳也是個好方法。
此外,整塊板上各個地方的接地都要十分小心,否則會在引入一條耦合通道。有時可以選擇走單端或平衡RF信號線,有關(guān)交叉干擾和EMC/EMI的原則在這里同樣適用。平衡RF信號線如果走線正確的話,可以減少噪聲和交叉干擾,但是它們的阻抗通常比較高,而且要保持一個合理的線寬以得到一個匹配信號源、走線和負(fù)載的阻抗,實際布線可能會有一些困難。
緩沖器的使用
緩沖器可以用來提高隔離效果,因為它可把同一個信號分為兩個部分,并用于驅(qū)動不同的電路,特別是本振可能需要緩沖器來驅(qū)動多個混頻器。當(dāng)混頻器在RF頻率處到達(dá)共模隔離狀態(tài)時,它將無法正常工作。
緩沖器可以很好地隔離不同頻率處的阻抗變化,從而電路之間不會相互干擾。緩沖器對設(shè)計的幫助很大,它們可以緊跟在需要被驅(qū)動電路的后面,從而使高功率輸出走線非常短,由于緩沖器的輸入信號電平比較低,因此它們不易對板上的其它電路造成干擾。
壓控振蕩器(VCO)可將變化的電壓轉(zhuǎn)換為變化的頻率,這一特性被用于高速頻道切換,但它們同樣也將控制電壓上的微量噪聲轉(zhuǎn)換為微小的頻率變化。