如今，射頻電路被應(yīng)用于各種各樣的電子產(chǎn)品中，其中大多數(shù)是醫(yī)療、工控和通信產(chǎn)品。

什么是射頻電路板？

射頻頻率范圍通常為300Khz-300Ghz，超過300Khz的信號是射頻，300Mhz以上是微波。射頻電路和微波電路，與典型的數(shù)字電路、模擬電路之間有相當(dāng)大的區(qū)別。本質(zhì)上，射頻信號是非常高頻率的模擬信號，因此，不同于數(shù)字信號，在任何時間點，射頻信號可以處于最小和最大限制之間的任何電壓和電流水平。此外，單個波段的信號可以很窄，也可以很寬，并且在一個頻率很高的載波上傳播。

總之，射頻電路在PCB設(shè)計方面面臨的挑戰(zhàn)不同于高速數(shù)字信號電路。

射頻電路的設(shè)計挑戰(zhàn)

PCB設(shè)計工程師在處理射頻電路時，面臨著以下4個挑戰(zhàn)：

射頻電路對噪聲非常敏感，會引起振鈴和反射，必須小心處理；

阻抗匹配是射頻電路的關(guān)鍵。頻率越高，允許的誤差越小。當(dāng)從發(fā)射端到接收端的走線總長度大于信號波長的1/16時，才需要對該走線進(jìn)行阻抗控制（信號波長的1/16為信號的臨界長度）。例如，如果您在處理一個1Ghz的信號，并且它的總長度大于375mil，就需要對走線進(jìn)行阻抗控制。

回波損耗必須最小。在非常高的微波頻率下，回波信號需要采用最小電感路徑。因此，如果沒有合理的PCB設(shè)計，回波信號會穿過電源平面、其他層或一些其他線路，信號的阻抗不再是一個受控制狀態(tài)。

串?dāng)_是高頻設(shè)計中的一個重要課題，因為串?dāng)_與有效線路的邊緣速率成正比。在這種情況下，主線路的耦合能量將疊加在被干擾線路上，當(dāng)板密度增加時，串?dāng)_問題將變得更加嚴(yán)重。

RF PCB設(shè)計解決方案

噪聲

適當(dāng)終止信號可以解決反射或振鈴問題，另一種方法是利用有效地平面來優(yōu)化回波路徑。

阻抗匹配

PCB設(shè)計工程師需要將阻抗保持在50 ohms：發(fā)射端50 ohms，傳輸過程中50 ohms，接收端50 ohms。

回波損耗

信號下方的接地面適合提供回波路徑。從發(fā)射端到接收端的信號下方的地平面有著良好的連續(xù)性，不僅能夠最大限度減少接地回路電流，還有助于減少射頻漏入電路元件。

串?dāng)_

在信號走線周圍一定要預(yù)留足夠的空間。保持所有進(jìn)出收發(fā)模塊的線路越短越好，與高速信號的走線距離應(yīng)盡可能遠(yuǎn)。這些線之間相互平行的距離也應(yīng)該保持在最小。以上的所有措施都將減少兩線的接近程度和兩線平行運行的距離，從而減少串?dāng)_。

其他解決方案包括減少線路及其參考平面之間的介電間距，或引入共面結(jié)構(gòu)。在線路之間插入地平面，也可減少多達(dá)50%的串?dāng)_。

避免損耗

除上述因素外，還有其他信號損失。第一個是信號的趨膚效應(yīng)損失，特別是在信號線上。介電損耗與趨膚效應(yīng)是息息相關(guān)的，兩者都是頻率極高的電子在通過導(dǎo)體時產(chǎn)生。例如，他們與FR4 PCB基板上的電子一起來回反彈。在這個相互作用的過程中，通過導(dǎo)體的電子的一些能量轉(zhuǎn)移到FR4的電子上，因此，信號能量被轉(zhuǎn)換成熱量，隨后損耗，并產(chǎn)生介電損耗。

在這種情況下，對于極高頻的微波電路，最好使用聚四氟乙烯，在業(yè)內(nèi)被稱為PTFE。這類層壓板的耗散系數(shù)約為0.001（FR4的耗散系數(shù)為0.02）。

層壓板特性

在處理射頻電路時，設(shè)計師需要考慮層壓板的性能，如耗散因子和介電常數(shù)及其變化。FR4比Rogers和Nelco等高頻層壓板具有更高的耗散系數(shù)，這意味著使用FR4時，會產(chǎn)生很高的插入損耗。

這些損耗也與頻率有關(guān)，并且會隨著頻率的增加而增加。其次，F(xiàn)R4的Dk值變化幅度可達(dá)10%，這又改變了阻抗。高頻板材具有更穩(wěn)定的頻率特性。然后是Dk值本身，對于微波電路，Dk值與電路元件的尺寸有關(guān)，因此設(shè)計者可以通過選擇Dk值較高的層壓板來減小電路的尺寸。

射頻電路設(shè)計小技巧為了使射頻PCB實現(xiàn)更合理的布局和更好的抗干擾能力，PCB設(shè)計工程師應(yīng)掌握以下幾點設(shè)計技巧：

將內(nèi)層作為電源地層，可起到屏蔽及減少雜散電感的作用。縮短信號線長度，減少信號之間的交叉干擾。

電路布線轉(zhuǎn)角須為45°，這將有助于減少高頻信號發(fā)射和彼此之間的耦合。

電路布局長度越短越好。

通孔越少越好。

層與層之間的布局應(yīng)為垂直方向，頂層水平方向布局，底層垂直方向布局，這樣有利于減少信號干擾。

增加接地層銅皮，減少信號干擾。

對關(guān)鍵信號走線做屏蔽罩處理，可明顯提高信號的抗干擾能力。當(dāng)然，也可對干擾源進(jìn)行屏蔽罩處理，避免對其他信號的干擾。

信號走線應(yīng)避免環(huán)路，建議按照菊鏈布局。

在集成電路的功率部分，橋接解耦電容。

審核編輯 ：李倩