今天的蜂窩電話(huà)設(shè)計(jì)以各種方式將所有的東西集成在一起，這對(duì) RF 電路板設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)很不利。現(xiàn)在業(yè)界競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，人人都在找辦法用最小的尺寸和最小的成本集成最多的功能。模擬、數(shù)字和 RF 電路都緊密地?cái)D在一起，用來(lái)隔開(kāi)各自問(wèn)題區(qū)域的空間非常小，而且考慮到成本因素，電路板層數(shù)往往又減到最小。令人感到不可思議的是，多用途芯片可將多種功能集成在一個(gè)非常小的裸片上，而且連接外界的引腳之間排列得又非常緊密，因此 RF、IF、模擬和數(shù)字信號(hào)非常靠近，但它們通常在電氣上是不相干的。電源分配可能對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)噩夢(mèng)，為了延長(zhǎng)電池壽命，電路的不同部分是根據(jù)需要而分時(shí)工作的，并由軟件來(lái)控制轉(zhuǎn)換。這意味著你可能需要為你的蜂窩電話(huà)提供 5 到 6 種工作電源。

在設(shè)計(jì) RF 布局時(shí)，有幾個(gè)總的原則必須優(yōu)先加以滿(mǎn)足：

盡可能地把高功率 RF 放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開(kāi)來(lái)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是讓高功率 RF 發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率 RF 接收電路。如果你的 PCB 板上有很多物理空間，那么你可以很容易地做到這一點(diǎn)，但通常元器件很多，PCB 空間較小，因而這通常是不可能的。你可以把他們放在 PCB 板的兩面，或者讓它們交替工作，而不是同時(shí)工作。高功率電路有時(shí)還可包括 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(méi)有過(guò)孔，當(dāng)然，銅皮越多越好。稍后，我們將討論如何根據(jù)需要打破這個(gè)設(shè)計(jì)原則，以及如何避免由此而可能引起的問(wèn)題。

芯片和電源去耦同樣也極為重要，稍后將討論實(shí)現(xiàn)這個(gè)原則的幾種方法。

RF 輸出通常需要遠(yuǎn)離 RF 輸入，稍后我們將進(jìn)行詳細(xì)討論。

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)。

如何進(jìn)行分區(qū)?

設(shè)計(jì)分區(qū)可以分解為物理分區(qū)和電氣分區(qū)。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)。

首先我們討論物理分區(qū)問(wèn)題。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。

最有效的電路板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(kāi)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蜂窩電話(huà) PCB 板設(shè)計(jì)中占大部分時(shí)間的原因。

在蜂窩電話(huà) PCB 板上，通常可以將低噪音放大器電路放在 PCB 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。可以通過(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)，但金屬屏蔽罩也存在問(wèn)題，例如：自身成本和裝配成本都很貴;

外形不規(guī)則的金屬屏蔽罩在制造時(shí)很難保證高精度，長(zhǎng)方形或正方形金屬屏蔽罩又使元器件布局受到一些限制;金屬屏蔽罩不利于元器件更換和故障定位;由于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?chē)M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。

盡管有以上的問(wèn)題，但是金屬屏蔽罩非常有效，而且常常還是隔離關(guān)鍵電路的唯一解決方案。

此外，恰當(dāng)和有效的芯片電源去耦也非常重要。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)。

最小電容值通常取決于其自諧振頻率和低引腳電感，C4 的值就是據(jù)此選擇的。C3 和 C2 的值由于其自身引腳電感的關(guān)系而相對(duì)較大一些，從而 RF 去耦效果要差一些，不過(guò)它們較適合于濾除較低頻率的噪聲信號(hào)。電感 L1 使 RF 信號(hào)無(wú)法從電源線耦合到芯片中。記住：所有的走線都是一條潛在的既可接收也可發(fā)射 RF 信號(hào)的天線，另外將感應(yīng)的射頻信號(hào)與關(guān)鍵線路隔離開(kāi)也很必要。

這些去耦元件的物理位置通常也很關(guān)鍵，這幾個(gè)重要元件的布局原則是：C4 要盡可能靠近 IC 引腳并接地，C3 必須最靠近 C4，C2 必須最靠近 C3，而且 IC 引腳與 C4 的連接走線要盡可能短，這幾個(gè)元件的接地端(尤其是 C4)通常應(yīng)當(dāng)通過(guò)下一地層與芯片的接地引腳相連。將元件與地層相連的過(guò)孔應(yīng)該盡可能靠近 PCB 板上元件焊盤(pán)，最好是使用打在焊盤(pán)上的盲孔以將連接線電感減到最小，電感應(yīng)該靠近 C1。

一塊集成電路或放大器常常帶有一個(gè)開(kāi)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，如果該芯片周?chē)鷽](méi)有足夠空間的話(huà)，那么可能會(huì)遇到一些麻煩。

記住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)原則大體上與物理分區(qū)相同，但還包含一些其它因素。現(xiàn)代蜂窩電話(huà)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。這意味著蜂窩電話(huà)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(kāi)關(guān)或穩(wěn)壓器之后對(duì)其進(jìn)行分配。

蜂窩電話(huà)里大多數(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。

審核編輯 黃昊宇