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(duì)布線的設(shè)計(jì)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(guò)孔,銅皮越多越好。敏感的模擬信號(hào)應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和RF信號(hào)。
物理分區(qū)主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等問(wèn)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(hào)以及接地等的分區(qū)。
物理分區(qū)
元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀RF設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(guò)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(huì)。
在物理空間上,像多級(jí)放大器這樣的線性電路通常足以將多個(gè)RF區(qū)之間相互隔離開來(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(hào)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(duì)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(jì)中占大部分時(shí)間的原因。
在手機(jī)PCB板設(shè)計(jì)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(guò)雙工器把它們?cè)谕幻嫔线B接到RF端和基帶處理器端的天線上。需要一些技巧來(lái)確保直通過(guò)孔不會(huì)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??梢酝ㄟ^(guò)將直通過(guò)孔安排在PCB板兩面都不受RF干擾的區(qū)域來(lái)將直通過(guò)孔的不利影響減到最小。有時(shí)不太可能在多個(gè)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(gè)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(hào)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(hào)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(guò)缺口處周圍要盡可能地多布一些地,不同層上的地可通過(guò)多個(gè)過(guò)孔連在一起。
去耦電路
許多集成了線性線路的RF芯片對(duì)電源的噪音非常敏感,通常每個(gè)芯片都需要采用高達(dá)四個(gè)電容和一個(gè)隔離電感來(lái)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(gè)開漏極輸出,因此需要一個(gè)上拉電感來(lái)提供一個(gè)高阻抗RF負(fù)載和一個(gè)低阻抗直流電源,同樣的原則也適用于對(duì)這一電感端的電源進(jìn)行去耦。
有些芯片需要多個(gè)電源才能工作,因此你可能需要兩到三套電容和電感來(lái)分別對(duì)它們進(jìn)行去耦處理,電感極少并行靠在一起,因?yàn)檫@將形成一個(gè)空芯變壓器并相互感應(yīng)產(chǎn)生干擾信號(hào),因此它們之間的距離至少要相當(dāng)于其中一個(gè)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(duì)其進(jìn)行控制,以延長(zhǎng)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(lái)了更多的問(wèn)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(lái)自線路板外部的噪聲,然后再經(jīng)過(guò)一組開關(guān)或穩(wěn)壓器之后對(duì)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(wèn)題,不過(guò),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(gè)過(guò)孔來(lái)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(duì)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)各種各樣的問(wèn)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(jì)一個(gè)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(shí)際上,它們可能會(huì)變得不穩(wěn)定,并將噪音和互調(diào)信號(hào)添加到RF信號(hào)上。如果射頻信號(hào)線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端,這可能會(huì)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(lái)。把需要穿過(guò)濾波器的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離濾波器引腳也是個(gè)好方法。
此外,整塊板上各個(gè)地方的接地都要十分小心,否則會(huì)在引入一條耦合通道。有時(shí)可以選擇走單端或平衡RF信號(hào)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(hào)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(gè)合理的線寬以得到一個(gè)匹配信號(hào)源、走線和負(fù)載的阻抗,實(shí)際布線可能會(huì)有一些困難。
緩沖器的使用
緩沖器可以用來(lái)提高隔離效果,因?yàn)樗砂淹粋€(gè)信號(hào)分為兩個(gè)部分,并用于驅(qū)動(dòng)不同的電路,特別是本振可能需要緩沖器來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)混頻器。當(dāng)混頻器在RF頻率處到達(dá)共模隔離狀態(tài)時(shí),它將無(wú)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(huì)相互干擾。緩沖器對(duì)設(shè)計(jì)的幫助很大,它們可以緊跟在需要被驅(qū)動(dòng)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(hào)電平比較低,因此它們不易對(duì)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。