如何避免PCB设计时造成的ISM-RF设计问题

图2. 图中所示为两种不同的PCB布局,其中一种布局的元件排列方向不合理(L1和L3),另一种的方向排列则更为合适。

综上所述,应遵循以下原则:

电感间距应尽可能远。

电感排列方向成直角,使电感之间的串扰降至最小。

射频印制板(PCB)布局很容易出现各种缺陷工业、科学和医疗射频(ISM-RF)产品的无数应用案例表明,这些产品的印制板(PCB)布局很容易出现各种缺陷。人们时常发现相同IC安装到两块不同电路板上,所表现的性能指标会有显著差异。工作条件、谐波辐射、抗干扰能力,以及启动时间等等诸多因素的变化,都能说明电路板布局在一款成功设计中的重要性。

引线耦合

如同电感排列方向会影响磁场耦合一样,如果引线彼此过于靠近,也会影响耦合。这种布局问题也会产生所谓的互感。RF电路最关心问题之一即为系统敏感部件的走线,例如输入匹配网络、接收器的谐振槽路、发送器的天线匹配网络等。

返回电流通路须尽可能靠近主电流通道,将辐射磁场降至最小。这种布局有助于减小电流环路面积。返回电流的理想低阻通路通常是引线下方的接地区域—将环路面积有效限制在电介质厚度乘以引线长度的区域。但是,如果接地区域被分割开,则会增大环路面积(图3)。对于穿过分割区域的引线,返回电流将被强制通过高阻通路,大大提高了电流环路面积。这种布局还使电路引线更容易受互感的影响。

图3. 完整的大面积接地有助于改善系统性能

对于一个实际电感,引线方向对磁场耦合的影响也很大。如果敏感电路的引线必须彼此靠近,最好将引线方向垂直排列,以降低耦合(图4)。如果无法做到垂直排列,则可考虑使用保护线。关于保护线的设计,请参考以下接地与填充处理部分。

图4. 类似于图1,表示可能存在的磁力线耦合。

综上所述,布板时应遵循以下原则:

引线下方应保证完整接地。

敏感引线应垂直排列。

如果引线必须平行排列,须确保足够的间距或采用保护线。

接地过孔

RF电路布局的主要问题通常是电路的特征阻抗不理想,包括电路元件及其互联。引线覆铜层较薄,则等效于电感线,并与邻近的其它引线形成分布电容。引线穿过过孔时,也会表现出电感和电容特性。

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