RF電路布局難題,降低寄生信號有八大絕招
發布時間:2017-02-05 來源:電子工程專輯 責任編輯:susan
【導讀】RF電路布局要想降低寄生信號,需要RF工程師發揮創造性。記住以下這八條規則,不但有助於加速產品上市進程,而且還可提高工作日程的可預見性。
規則1:接地通孔應位於接地參考層開關處
流liu經jing所suo布bu線xian路lu的de所suo有you電dian流liu都dou有you相xiang等deng的de回hui流liu。耦ou合he策ce略lve固gu然ran很hen多duo,不bu過guo回hui流liu通tong常chang流liu經jing相xiang鄰lin的de接jie地di層ceng或huo與yu信xin號hao線xian路lu並bing行xing布bu置zhi的de接jie地di。在zai參can考kao層ceng繼ji續xu時shi,所suo有you耦ou合he都dou僅jin限xian於yu傳chuan輸shu線xian路lu,一yi切qie都dou非fei常chang正zheng常chang。不bu過guo,如ru果guo信xin號hao線xian路lu從cong頂ding層ceng切qie換huan至zhi內nei部bu或huo底di層ceng時shi,回hui流liu也ye必bi須xu獲huo得de路lu徑jing。
圖1就jiu是shi一yi個ge實shi例li。頂ding層ceng信xin號hao線xian路lu電dian流liu下xia麵mian緊jin挨ai著zhe就jiu是shi回hui流liu。當dang它ta轉zhuan移yi到dao底di層ceng時shi,回hui流liu就jiu通tong過guo附fu近jin的de通tong孔kong。不bu過guo,如ru果guo附fu近jin沒mei有you用yong於yu回hui流liu的de通tong孔kong時shi,回hui流liu就jiu要yao通tong過guo最zui近jin可ke用yong的de接jie地di通tong孔kong。更geng遠yuan的de距ju離li會hui產chan生sheng電dian流liu環huan路lu,形xing成cheng電dian感gan器qi。如ru果guo這zhe種zhong不bu必bi要yao的de電dian流liu路lu徑jing偏pian移yi,碰peng巧qiao又you同tong另ling一yi條tiao線xian路lu交jiao叉cha,那na麼me幹gan擾rao就jiu會hui更geng嚴yan重zhong。這zhe種zhong電dian流liu環huan路lu其qi實shi相xiang當dang於yu形xing成cheng了le一yi個ge天tian線xian!

圖1:信號電流從器件引腳經過通孔流到較低層。
回流在被迫流向最近通孔改變至不同參考層之前位於信號之下。
接jie地di參can考kao是shi最zui佳jia策ce略lve,但dan高gao速su線xian路lu有you時shi候hou可ke布bu置zhi在zai內nei部bu層ceng上shang。接jie地di參can考kao層ceng上shang下xia都dou放fang置zhi非fei常chang困kun難nan,半ban導dao體ti廠chang商shang可ke能neng會hui受shou到dao引yin腳jiao限xian製zhi,把ba電dian源yuan線xian安an放fang在zai高gao速su線xian路lu旁pang邊bian。參can考kao電dian流liu要yao是shi需xu要yao在zai非feiDC耦合的各層或各網之間切換,應緊挨著開關點安放去耦電容。
規則2:將器件焊盤與頂層接地連接起來
許多器件在器件封裝底部都采用散熱接地焊盤。在RFqijianshang,zhexietongchangdoushidianqijiedi,erxianglinhanpandianyoujieditongkongzhenlie。kejiangqijianhanpanzhijielianjiezhijiediyinjiao,bingtongguodingcengjiedilianjiezhirenheguantong。ruyouduogelujing,huiliuhuianlujingzukangbilichaifen。tongguohanpanjinxingjiedilianjiexiangduiyuyinjiaojiedieryan,lujinggengduan、阻抗更低。
電(dian)路(lu)板(ban)與(yu)器(qi)件(jian)焊(han)盤(pan)之(zhi)間(jian)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)氣(qi)連(lian)接(jie)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。裝(zhuang)配(pei)時(shi),電(dian)路(lu)板(ban)通(tong)孔(kong)陣(zhen)列(lie)中(zhong)的(de)未(wei)填(tian)充(chong)通(tong)孔(kong)也(ye)可(ke)能(neng)會(hui)抽(chou)走(zou)器(qi)件(jian)的(de)焊(han)膏(gao),留(liu)下(xia)空(kong)隙(xi)。填(tian)滿(man)通(tong)孔(kong)是(shi)保(bao)證(zheng)焊(han)接(jie)到(dao)位(wei)的(de)好(hao)辦(ban)法(fa)。在(zai)評(ping)測(ce)中(zhong),還(hai)要(yao)打(da)開(kai)焊(han)接(jie)掩(yan)模(mo)層(ceng)確(que)認(ren)沒(mei)有(you)焊(han)接(jie)掩(yan)模(mo)在(zai)器(qi)件(jian)下(xia)方(fang)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)接(jie)地(di)上(shang),因(yin)為(wei)焊(han)接(jie)掩(yan)模(mo)可(ke)能(neng)會(hui)抬(tai)高(gao)器(qi)件(jian)或(huo)使(shi)其(qi)搖(yao)擺(bai)。
規則3:無參考層間隙
器qi件jian周zhou邊bian到dao處chu都dou是shi通tong孔kong。電dian源yuan網wang分fen解jie成cheng本ben地di去qu耦ou,然ran後hou降jiang至zhi電dian源yuan層ceng,通tong常chang提ti供gong多duo個ge通tong孔kong以yi最zui大da限xian度du減jian少shao電dian感gan,提ti高gao載zai流liu容rong量liang,同tong時shi控kong製zhi總zong線xian可ke降jiang至zhi內nei層ceng。所suo有you這zhe些xie分fen解jie最zui終zhong都dou會hui在zai器qi件jian附fu近jin完wan全quan被bei鉗qian住zhu。
每mei個ge這zhe些xie通tong孔kong都dou會hui在zai內nei接jie地di層ceng上shang產chan生sheng大da於yu通tong孔kong直zhi徑jing自zi身shen的de禁jin入ru區qu,提ti供gong製zhi造zao空kong隙xi。這zhe些xie禁jin入ru區qu很hen容rong易yi在zai回hui流liu路lu徑jing上shang造zao成cheng中zhong斷duan。一yi些xie通tong孔kong彼bi此ci靠kao近jin則ze會hui形xing成cheng接jie地di層ceng溝gou,頂ding層cengCAD視圖看不見,這將導致情況進一步複雜化。圖2兩(liang)個(ge)電(dian)源(yuan)層(ceng)通(tong)孔(kong)的(de)接(jie)地(di)層(ceng)空(kong)隙(xi)可(ke)產(chan)生(sheng)重(zhong)疊(die)的(de)禁(jin)入(ru)區(qu),並(bing)在(zai)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)上(shang)造(zao)成(cheng)中(zhong)斷(duan)。回(hui)流(liu)隻(zhi)能(neng)轉(zhuan)道(dao)繞(rao)過(guo)接(jie)地(di)層(ceng)禁(jin)入(ru)區(qu),形(xing)成(cheng)現(xian)在(zai)常(chang)見(jian)的(de)發(fa)射(she)感(gan)應(ying)路(lu)徑(jing)問(wen)題(ti)。

圖2:通孔周圍接地層的禁入區可能重疊,迫使回流遠離信號路徑。
即便沒有重疊,禁入區也會在接地層形成鼠咬阻抗中斷。
甚至“友好型”jieditongkongyehuiweixiangguanjinshuhanpandailaidianlubanzhizaogongyiyaoqiudezuixiaochicunguige。tongkongruguofeichangkaojinxinhaoxianlu,jiuhuichanshenghaoxiangdingcengjiedikongxibeilaoshuyaodiaoyikuaiyiyangdeqinshi。tu2是鼠咬示意圖。
由於禁入區由CAD軟(ruan)件(jian)自(zi)動(dong)生(sheng)成(cheng),通(tong)孔(kong)在(zai)係(xi)統(tong)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)使(shi)用(yong)又(you)很(hen)頻(pin)繁(fan),因(yin)此(ci)先(xian)期(qi)布(bu)局(ju)過(guo)程(cheng)幾(ji)乎(hu)總(zong)會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)些(xie)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)中(zhong)斷(duan)問(wen)題(ti)。布(bu)局(ju)評(ping)測(ce)時(shi)要(yao)跟(gen)蹤(zong)每(mei)條(tiao)高(gao)速(su)線(xian)路(lu),檢(jian)查(zha)相(xiang)關(guan)回(hui)流(liu)層(ceng)以(yi)避(bi)免(mian)中(zhong)斷(duan)。讓(rang)所(suo)有(you)可(ke)在(zai)任(ren)何(he)區(qu)域(yu)產(chan)生(sheng)接(jie)地(di)層(ceng)幹(gan)擾(rao)的(de)通(tong)孔(kong)更(geng)靠(kao)近(jin)頂(ding)層(ceng)接(jie)地(di)空(kong)隙(xi)是(shi)一(yi)個(ge)不(bu)錯(cuo)的(de)方(fang)法(fa)。
規則4:保持差分線路的差分性
huiliulujingduixinhaoxianluxingnengzhiguanzhongyao,qiyingshiweixinhaolujingdeyibufen。yucitongshi,chafenduitongchangmeiyoujinmiouhe,huiliukenengliujingxianglinceng。lianggehuiliubixutongguoxiangdengdedianqilujingbuxian。
jibianzaichafenduideliangtiaoxianlubujinmiouheshi,linjinyugongxiangxingshejixianzhiyehuiranghuiliuchuyuxiangtongceng。yaozhenzhengbaochidijishengxinhao,xuyaogenghaodepipei。chafenzujianxiajiedicengdeduanliuqidengrenhejihuajiegoudouyingshiduichengde。tongyang,changdushifoupipeikenengyehuichanshengxinhaoxianluzhongdeboxingquxianwenti。huiliubuhuiyinqiboxingquxianwenti。yitiaochafenxianludechangdupipeiqingkuangyingzaiqitachafenxianluzhongtixian。
規則5:RF信號線路附近沒有時鍾或控製線路
時鍾和控製線路有時可視為沒什麼影響的鄰居,因為其工作速度低,甚至接近DC。不bu過guo,其qi開kai關guan特te性xing幾ji乎hu接jie近jin方fang波bo,可ke在zai奇qi數shu諧xie波bo頻pin率lv下xia生sheng成cheng獨du特te的de音yin調tiao。方fang波bo發fa射she能neng源yuan的de基ji本ben頻pin率lv雖sui然ran不bu會hui產chan生sheng什shen麼me影ying響xiang,但dan其qi銳rui利li的de邊bian緣yuan可ke能neng會hui有you影ying響xiang。在zai數shu字zi係xi統tong設she計ji中zhong,轉zhuan折zhe頻pin率lv可ke估gu算suan必bi須xu要yao考kao慮lv的de最zui高gao頻pin率lv諧xie波bo,計ji算suan方fang式shi為wei:Fknee=0.5/Tr,這裏的Tr是(shi)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)。請(qing)注(zhu)意(yi),是(shi)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian),而(er)不(bu)是(shi)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)。不(bu)過(guo)銳(rui)利(li)邊(bian)緣(yuan)的(de)方(fang)波(bo)也(ye)有(you)強(qiang)大(da)的(de)高(gao)階(jie)奇(qi)數(shu)諧(xie)波(bo),其(qi)可(ke)能(neng)隻(zhi)在(zai)錯(cuo)誤(wu)頻(pin)率(lv)下(xia)下(xia)降(jiang)並(bing)耦(ou)合(he)在(zai)RF線路上,違反嚴格的傳輸掩模要求。
時鍾和控製線路應由內部接地層或頂層接地灌流(ground pour)與RFxinhaoxianlugeli。ruguobunengshiyongjiedigelixinhao,namexianlubuxianyingquebaozhijiaojiaocha。yinweishizhonghuokongzhixianlufashedecitongxianluhuiweiraoganraoyuanxianludedianliuxingchengfangshezhuxingdenggaoxian,tamenjiangbuhuizaijieshouqixianluzhongchanshengdianliu。fangmanshangshengshijianbudankejiangdizhuanzhepinlv,erqiehaiyouzhuyujianshaoganraoyuandeganrao,danshizhonghuokongzhixianluyekechongdangjieshouqixianlu。jieshouqixianlurengkezuoweijiangjishengxinhaodaoruqijiandedaoguan。
規則6:使用接地隔離高速線路
微(wei)波(bo)傳(chuan)輸(shu)帶(dai)與(yu)帶(dai)線(xian)大(da)多(duo)數(shu)都(dou)與(yu)相(xiang)鄰(lin)接(jie)地(di)層(ceng)耦(ou)合(he)。一(yi)些(xie)通(tong)量(liang)線(xian)路(lu)仍(reng)沿(yan)水(shui)平(ping)方(fang)向(xiang)散(san)發(fa),並(bing)端(duan)接(jie)於(yu)相(xiang)鄰(lin)跡(ji)線(xian)。一(yi)條(tiao)高(gao)速(su)線(xian)路(lu)或(huo)差(cha)分(fen)對(dui)上(shang)的(de)音(yin)調(tiao)在(zai)下(xia)一(yi)條(tiao)跡(ji)線(xian)上(shang)終(zhong)結(jie),但(dan)信(xin)號(hao)層(ceng)上(shang)的(de)接(jie)地(di)灌(guan)流(liu)會(hui)為(wei)通(tong)量(liang)線(xian)路(lu)帶(dai)來(lai)較(jiao)低(di)阻(zu)抗(kang)的(de)終(zhong)點(dian),讓(rang)鄰(lin)近(jin)跡(ji)線(xian)不(bu)受(shou)音(yin)調(tiao)幹(gan)擾(rao)。
時鍾分布或合成器設備路由出來、yongyuchengzaixiangtongpinlvdejixianjiqunkenengxianglinerxing,yinweiganraoyuanyintiaoyijingcunzaiyujieshouqixianlushang。buguo,fenzudexianluzuizhonghuifensan。fensanshi,yingzaifensanxianluzhijiantigongjiediguanliu,bingzaiqikaishifensandedifangguanrutongkong,yibianganyinghuiliuyanzheedinghuiliulujingliuhui。zaitu3中zhong,接jie地di島dao末mo端duan的de通tong孔kong可ke使shi感gan應ying電dian流liu流liu到dao參can考kao層ceng上shang。接jie地di灌guan流liu上shang其qi它ta通tong孔kong之zhi間jian的de間jian隔ge不bu要yao超chao過guo一yi個ge波bo長chang的de十shi分fen之zhi一yi,以yi確que保bao接jie地di不bu會hui成cheng為wei共gong振zhen結jie構gou。

圖3:差分線路分散處的頂層接地通孔為回流提供流動路徑。
規則7:不要在噪聲較大的電源層進行RF線路布線
音調進入電源層就會擴散到每個地方。如果雜散音調進入電源、緩衝器、混頻器、衰減器和振蕩器,就會對幹擾頻率進行調製。同樣,當電源到達電路板時,它還沒有徹底被清空而實現對RF電路係統的驅動。應最大限度減少RF線路在電源層的暴露,特別是未過濾的電源層。
鄰近接地的大型電源層可創建高質量嵌入式電容,使寄生信號衰減,並用於數字通信係統與某些RF係統。另一種方法是使用最小化電源層,有時更像是肥大跡線而不能說是層,這樣RF線路更容易徹底避開電源層。這兩種方法都可行,不過決不能將二者的最差特性湊在一起,也就是既使用小型電源層,又在頂部走線RF線路。
規則8:讓去耦靠近器件
去qu耦ou不bu僅jin有you助zhu於yu避bi免mian雜za散san噪zao聲sheng進jin入ru器qi件jian,還hai可ke幫bang助zhu消xiao除chu器qi件jian內nei部bu生sheng成cheng的de音yin調tiao,避bi免mian其qi耦ou合he到dao電dian源yuan層ceng上shang。去qu耦ou電dian容rong越yue靠kao近jin工gong作zuo電dian路lu係xi統tong,效xiao率lv就jiu越yue高gao。本ben地di去qu耦ou受shou電dian路lu板ban跡ji線xian的de寄ji生sheng阻zu抗kang幹gan擾rao較jiao小xiao,較jiao短duan的de跡ji線xian支zhi持chi較jiao小xiao的de天tian線xian,減jian少shao有you害hai音yin調tiao發fa射she。電dian容rong器qi安an放fang要yao結jie合he最zui高gao自zi共gong振zhen頻pin率lv,通tong常chang最zui小xiao值zhi、最小外殼尺寸、最靠近器件,以及越大的電容器,離器件越遠。在RF頻率下,電路板背麵的電容器會產生通孔串連接地路徑的寄生電感,損失大量噪聲衰減優勢。
總結
通過電路板布局評測,我們可發現可能發射或接收雜散RFyintiaodejiegou。yaogenzongmeiyitiaoxianlu,youyishidimingqueqihuiliulujing,quebaotanenggouyuxianlubingxing,tebieshiyaochedijianzhaguodu。ciwai,haiyaojiangqianzaiganraoyuanyujieshouqigeli。anzhaoyixiejiandanzhiguandeguizejiangdijishengxinhao,kejiasuchanpinfabu,jiangditiaoshichengben。
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