中心議題：

• 電源布線和電源旁路的基本原則
  
• RF接地和過孔設計的基本原則
• 抑製PLL雜散信號的措施

解決方案：

• 通過適當的電源旁路和接地來抑製PLL雜散信號

1 電源布線和電源旁路的基本原則

設計RF電(dian)路(lu)時(shi)，電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)的(de)設(she)計(ji)和(he)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)常(chang)常(chang)被(bei)留(liu)到(dao)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)通(tong)路(lu)的(de)設(she)計(ji)完(wan)成(cheng)之(zhi)後(hou)。對(dui)於(yu)沒(mei)有(you)經(jing)過(guo)深(shen)思(si)熟(shu)慮(lv)的(de)設(she)計(ji)，電(dian)路(lu)周(zhou)圍(wei)的(de)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)很(hen)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)錯(cuo)誤(wu)的(de)輸(shu)出(chu)和(he)噪(zao)聲(sheng)，從(cong)而(er)對(dui)RF電路的係統性能產生負麵影響。合理分配PCB的板層、采用星形拓撲的VCC引線
，並在VCC引腳加上適當的去耦電容，將有助於改善係統的性能
，獲得最佳指標。合理的PCB層分配便於簡化後續的布線處理，對於一個四層PCB（WLAN中常用的電路板），在大多數應用中用電路板的頂層放置元器件和RF引(yin)線(xian)，第(di)二(er)層(ceng)作(zuo)為(wei)係(xi)統(tong)地(di)，電(dian)源(yuan)部(bu)分(fen)放(fang)置(zhi)在(zai)第(di)三(san)層(ceng)
，任(ren)何(he)信(xin)號(hao)線(xian)都(dou)可(ke)以(yi)分(fen)布(bu)在(zai)第(di)四(si)層(ceng)。第(di)二(er)層(ceng)采(cai)用(yong)不(bu)受(shou)幹(gan)擾(rao)的(de)地(di)平(ping)麵(mian)布(bu)局(ju)對(dui)於(yu)建(jian)立(li)阻(zu)抗(kang)受(shou)控(kong)的(de)RFxinhaotonglufeichangbiyao，haibianyuhuodejinkenengduandedihuanlu，weidiyicenghedisancengtigonggaodudedianqigeli，shideliangcengzhijiandeouhezuixiao。dangran，yekeyicaiyongqitabancengdingyidefangshi（特別是在電路板具有不同的層數時），但上述結構是經過驗證的一個成功範例。大麵積的電源層能夠使VCCbuxianbiandeqingsong，danshi，zhezhongjiegouchangchangshidaozhixitongxingnengehuadedaohuosuo，zaiyigejiaodapingmianshangbasuoyoudianyuanyinxianjiezaiyiqijiangwufabimianyinjiaozhijiandezaoshengchuanshu。fanzhi
，ruguoshiyongxingxingtuopuzehuijianqingbutongdianyuanyinjiaozhijiandeouhe。tu1給出了星形連接的VCC布線方案，該圖取自MAX2826IEEE802.11a/g收發器的評估板。圖中建立了一個主VCC節點，從該點引出不同分支的電源線
，為RFIC的de電dian源yuan引yin腳jiao供gong電dian。每mei個ge電dian源yuan引yin腳jiao使shi用yong獨du立li的de引yin線xian，為wei引yin腳jiao之zhi間jian提ti供gong了le空kong間jian上shang的de隔ge離li，有you利li於yu減jian小xiao它ta們men之zhi間jian的de耦ou合he。另ling外wai，每mei條tiao引yin線xian還hai具ju有you一yi定ding的de寄ji生sheng電dian感gan

，這zhe恰qia好hao是shi我wo們men所suo希xi望wang的de，它ta有you助zhu於yu濾lv除chu電dian源yuan線xian上shang的de高gao頻pin噪zao聲sheng。 [page]
在VCC星形拓撲的主節點處最好放置一個大容量的電容器，如2.2μF。該電容具有較低的SRF，對於消除低頻噪聲
、建立穩定的直流電壓很有效。IC的每個電源引腳需要一個低容量的電容器（如10nF），用來濾除可能耦合到電源線上的高頻噪聲。對於那些為噪聲敏感電路（例如，VCO的電源）供電的電源引腳，可能需要外接兩個旁路電容。例如：用一個10pF電容與一個10nFdianrongbingliantigongpanglu，keyitigonggengkuanpinlvfanweidequou，jinliangxiaochuzaoshengduidianyuandianyadeyingxiang。meigedianyuanyinjiaodouxuyaorenzhenjianyan，yiquedingxuyaoduodadequoudianrong，shijidianluzainaxiepindianrongyishoudaozaoshengdeganrao。lianghaodedianyuanquoujishuyuyanjindePCB布局、VCC引線（星形拓撲）相結合，能夠為任何RF係統設計奠定穩固的基礎。盡管實際設計中還會存在降低係統性能指標的其它因素
，但是，擁有一個“無噪聲”的電源是優化係統性能的基本要素。

2 RF接地和過孔設計的基本原則

地層的布局和引線同樣是WLAN電路板設計的關鍵，它們會直接影響到電路板的寄生參數
，存在降低係統性能的隱患。RF電dian路lu設she計ji中zhong沒mei有you唯wei一yi的de接jie地di方fang案an，設she計ji中zhong可ke以yi通tong過guo幾ji個ge途tu徑jing達da到dao滿man意yi的de性xing能neng指zhi標biao。可ke以yi將jiang地di平ping麵mian或huo引yin線xian分fen為wei模mo擬ni信xin號hao地di和he數shu字zi信xin號hao地di，還hai可ke以yi隔ge離li大da電dian流liu或huo功gong耗hao較jiao大da的de電dian路lu。根gen據ju以yi往wangWLAN評估板的設計經驗，在四層板中使用單獨的接地層可以獲得較好的結果。憑借這些經驗，用地層將RF部分與其它電路隔離開
，可以避免信號間的交叉幹擾。如上所述，電路板的第二層通常作為地平麵，第一層用於放置元件和RF引線。

jiedicengquedinghou，jiangsuoyoudexinhaodiyizuiduandelujinglianjiedaodiceng，tongchangyongguokongjiangdingcengdedixianlianjiedaodiceng，xuyaozhuyideshi，guokongchengxianweiganxing。guokongdewulimoxingrutu4所示。圖5所示為過孔精確的電氣特性模型
，其中Lvia為過孔電感
，Cvia為 過孔PCB焊盤的寄生電容。如果采用這裏所討論的地線布局技術，可以忽略寄生電容。一個1.6mm深、孔徑為0.2mm的過孔具有大約0.75nH的電 感，在2.5GHz/5.0GHz WLAN波段的等效電抗大約為12Ω/24Ω。因此，一個接地過孔並不能夠為RF信號提供真正的接地
，對於高品質的電路板設計，應該在RF電路部分提供盡 可能多的接地過孔，特別是對於通用的IC封裝中的裸露接地焊盤。不良的接地還會在接收前端或功率放大器部分產生輻射
，降低增益和噪聲係數指標。還需注意的 是

，接地焊盤的不良焊接會引發同樣的問題。除此之外

，功率放大器的功耗也需要多個連接地層的過孔。 濾除其它電路的噪聲、抑製本地產生的噪聲
，從而消除級與級之間通過電源線的交叉幹擾
，這是VCC去耦帶來的好處。如果去耦電容使用了同一接地過孔
，由於過孔與地之間的電感效應，這些連接點的過孔將會承載來自兩個電源的全部RF幹擾，不僅喪失了去耦電容的功能
，而且還為係統中的級間噪聲耦合提供了另外一條通路。在本文第三部分的討論中將會看到，PLL的實現在係統設計中總是麵臨巨大挑戰，要想獲得滿意的雜散特性必須有良好的地線布局。 [page]
3 通過適當的電源旁路和接地來抑製PLL雜散信號

滿足802.11a/b/g係xi統tong發fa送song頻pin譜pu模mo板ban的de要yao求qiu是shi設she計ji過guo程cheng中zhong的de一yi個ge難nan點dian
，必bi須xu對dui線xian性xing指zhi標biao和he功gong耗hao進jin行xing平ping衡heng，並bing留liu出chu一yi定ding裕yu量liang，確que保bao在zai維wei持chi足zu夠gou的de發fa射she功gong率lv的de前qian提ti下xia符fu合heIEEE和FCC規範。IEEE802.11g係統在天線端所要求的典型輸出功率為+15dBm，頻率偏差20MHz時為-28dBr。頻帶內相鄰信道的功率抑製比（ACPR）是器件線性特性的函數，這在一定前提下、對於特定的應用是正確的。在發送通道優化ACPR特性的大量工作是憑借經驗對TxIC和PA的偏置進行調節
，並對PA的輸入級、輸出級和中間級的匹配網絡進行調諧實現的。
上述討論提出了另外一個問題，即如何有效地將PLL雜散成分限製在一定的範圍內，使其不對發射頻譜產生影響。一旦發現了雜散成分，首先想到的方案就是將PLL環路濾波器的帶寬變窄，以便衰減雜散信號的幅度。這種方法在極少數的情況下是有效的

，但它存在一些潛在問題。圖8給出了一種假設情況
，假設設計中采用了一個具有20MHz相對頻率的N分頻合成器
，如果環路濾波器是二階的
，截止頻率為200kHz，滾降速率通常為40dB/十倍頻程，在20MHz頻點可以獲得80dB的衰減。如果參考雜散成分為-40dBc（假設可以導致有害的調製分量的電平）
，產生雜散的機製可能超出環路濾波器的作用範圍（如果它是在濾波器之前產生的，其幅度可能非常大）。壓縮環路濾波器的帶寬將不會改善雜散特性
，反而提高了PLL鎖相時間，對係統產生明顯的負麵影響。 [page]
經驗證明
，抑製PLL雜散的有效途徑是合理的接地、電源布局和去耦技術
，本文討論的布線原則是減小PLLzasanfenliangdelianghaoshejikaiduan。kaolvdaodianhebengzhongcunzaijiaodadedianliubianhua
，caiyongxingxingtuopufeichangbiyao。ruguomeiyouzugoudegeli
，dianliumaichongchanshengdezaoshenghuiouhedaoVCO電源
，對VCO頻率進行調製，通常稱為“VCO牽引”。通過電源線間的物理間隔和每個VCC引腳的去耦電容、合理放置接地過孔、引入一個串聯的鐵氧體元件（作為最後一個手段）等措施可以提高隔離度。上述措施並不需要全部用在每個設計中，適當采用每種方式都會有效降低雜散幅度。圖9提供了一個由於不合理的VCO電dian源yuan去qu耦ou方fang案an所suo產chan生sheng的de結jie果guo，電dian源yuan紋wen波bo表biao明ming正zheng是shi電dian荷he泵beng的de開kai關guan效xiao應ying導dao致zhi電dian源yuan線xian上shang的de強qiang幹gan擾rao。值zhi得de慶qing幸xing的de是shi，這zhe種zhong強qiang幹gan擾rao可ke以yi通tong過guo增zeng加jia旁pang路lu電dian容rong得de到dao有you效xiao抑yi製zhi。圖tu10顯示的是在電路改變後，在同一點的測量結果。
另外
，如果電源布線不合理，例如VCO的電源引線恰好位於電荷泵電源的下麵
，可以在VCO電源上觀察到同樣的噪聲
，所產生的雜散信號足以影響到ACPR特性，即使加強去耦，測試結果也不會得到改善。這種情況下，需要考察一下PCB布線，重新布置VCO的電源引線，將有效改善雜散特性，達到規範所要求的指標。