成功的RF設計必須仔細注意整個(gè)設計過(guò)程中每個(gè)步驟及每個(gè)細節，這意味著(zhù)必須在設計開(kāi)始階段就要進(jìn)行徹底的、仔細的規劃，并對每個(gè)設計步驟的進(jìn)展進(jìn)行全面持續的評估。而這種細致的設計技巧正是國內大多數電子企業(yè)文化所欠缺的。

　　近幾年來(lái)，由于藍牙設備、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )(WLAN)設備，和移動(dòng)電話(huà)的需求與成長(cháng)，促使業(yè)者越來(lái)越關(guān)注RF電路設計的技巧。從過(guò)去到現在，RF電路板設計如同電磁干擾(EMI)問(wèn)題一樣，一直是工程師們最難掌控的部份，甚至是夢(mèng)魘。若想要一次就設計成功，必須事先仔細規劃和注重細節才能奏效。

　　射頻(RF)電路板設計由于在理論上還有很多不確定性，因此常被形容為一種「黑色藝術(shù)」(black art) 。但這只是一種以偏蓋全的觀(guān)點(diǎn)，RF電路板設計還是有許多可以遵循的法則。不過(guò)，在實(shí)際設計時(shí)，真正實(shí)用的技巧是當這些法則因各種限制而無(wú)法實(shí)施時(shí)，如何對它們進(jìn)行折衷處理。重要的RF設計課題包括：阻抗和阻抗匹配、絕緣層材料和層疊板、波長(cháng)和諧波...等，本文將集中探討與RF電路板分區設計有關(guān)的各種問(wèn)題。

　　微過(guò)孔的種類(lèi)

　　電路板上不同性質(zhì)的電路必須分隔，但是又要在不產(chǎn)生電磁干擾的最佳情況下連接，這就需要用到微過(guò)孔(microvia)。通常微過(guò)孔直徑為0.05mm至0.20mm，這些過(guò)孔一般分為三類(lèi)，即盲孔(blind via)、埋孔(bury via)和通孔(through via)。盲孔位于印刷線(xiàn)路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線(xiàn)路和下面的內層線(xiàn)路的連接，孔的深度通常不超過(guò)一定的比率(孔徑)。埋孔是指位于印刷線(xiàn)路板內層的連接孔，它不會(huì )延伸到線(xiàn)路板的表面。上述兩類(lèi)孔都位于線(xiàn)路板的內層，層壓前利用通孔成型制程完成，在過(guò)孔形成過(guò)程中可能還會(huì )重疊做好幾個(gè)內層。第三種稱(chēng)為通孔，這種孔穿過(guò)整個(gè)線(xiàn)路板，可用于實(shí)現內部互連或作為組件的黏著(zhù)定位孔。

　　采用分區技巧

　　在設計RF電路板時(shí)，應盡可能把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開(kāi)來(lái)，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是讓高功率RF發(fā)射電路遠離低噪音接收電路。如果PCB板上有很多空間，那么可以很容易地做到這一點(diǎn)。但通常零組件很多時(shí)，PCB空間就會(huì )變的很小，因此這是很難達到的�？梢园阉鼈兎旁赑CB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(buffer)和壓控振蕩器(VCO)。

　　設計分區可以分成實(shí)體分區(physical partitioning)和電氣分區(Electrical partitioning)。實(shí)體分區主要涉及零組件布局、方位和屏蔽等問(wèn)題；電氣分區可以繼續分成電源分配、RF走線(xiàn)、敏感電路和信號、接地等分區。

　　實(shí)體分區

　　零組件布局是實(shí)現一個(gè)優(yōu)異RF設計的關(guān)鍵，最有效的技術(shù)是首先固定位于RF路徑上的零組件，并調整其方位，使RF路徑的長(cháng)度減到最小。并使RF輸入遠離RF輸出，并盡可能遠離高功率電路和低噪音電路。

　　最有效的電路板堆棧方法是將主接地安排在表層下的第二層，并盡可能將RF線(xiàn)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，而且還可以減少主接地上的虛焊點(diǎn)，并可減少RF能量泄漏到層疊板內其它區域的機會(huì )。

　　在實(shí)體空間上，像多級放大器這樣的線(xiàn)性電路通常足以將多個(gè)RF區之間相互隔離開(kāi)來(lái)，但是雙工器、混頻器和中頻放大器總是有多個(gè)RF/IF信號相互干擾，因此必須小心地將這一影響減到最小。RF與IF走線(xiàn)應盡可能走十字交叉，并盡可能在它們之間隔一塊接地面積。正確的RF路徑對整塊PCB板的性能而言非常重要，這也就是為什么零組件布局通常在移動(dòng)電話(huà)PCB板設計中占大部份時(shí)間的原因。

　　在移動(dòng)電話(huà)PCB板上，通�？梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁赑CB板的某一面，而高功率放大器放在另一面，并最終藉由雙工器在同一面上將它們連接到RF天線(xiàn)的一端和基頻處理器的另一端。這需要一些技巧來(lái)確保RF能量不會(huì )藉由過(guò)孔，從板的一面傳遞到另一面，常用的技術(shù)是在兩面都使用盲孔�？梢越逵蓪⒚た装才旁赑CB板兩面都不受RF干擾的區域，來(lái)將過(guò)孔的不利影響減到最小。

　　金屬屏蔽罩

　　有時(shí)，不太可能在多個(gè)電路區塊之間保留足夠的區隔，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區域內，但金屬屏蔽罩也有副作用，例如：制造成本和裝配成本都很高。

　　外形不規則的金屬屏蔽罩在制造時(shí)很難保證高精密度，長(cháng)方形或正方形金屬屏蔽罩又使零組件布局受到一些限制；金屬屏蔽罩不利于零組件更換和故障移位；由于金屬屏蔽罩必須焊在接地面上，而且必須與零組件保持一個(gè)適當的距離，因此需要占用寶貴的PCB板空間。

　　盡可能保證金屬屏蔽罩的完整非常重要，所以進(jìn)入金屬屏蔽罩的數字信號線(xiàn)應該盡可能走內層，而且最好將信號線(xiàn)路層的下一層設為接地層。RF信號線(xiàn)可以從金屬屏蔽罩底部的小缺口和接地缺口處的布線(xiàn)層走線(xiàn)出去，不過(guò)缺口處周?chē)�要盡可能被廣大的接地面積包圍，不同信號層上的接地可藉由多個(gè)過(guò)孔連在一起。

　　盡管有以上的缺點(diǎn)，但是金屬屏蔽罩仍然非常有效，而且常常是隔離關(guān)鍵電路的唯一解決方案。

　　電源去耦電路

　　此外，恰當而有效的芯片電源去耦(decouple)電路也非常重要。許多整合了線(xiàn)性線(xiàn)路的RF芯片對電源的噪音非常敏感，通常每個(gè)芯片都需要采用高達四個(gè)電容和一個(gè)隔離電感來(lái)濾除全部的電源噪音。(圖一)

　　最小電容值通常取決于電容本身的諧振頻率和接腳電感，C4的值就是據此選擇的。C3和C2的值由于其自身接腳電感的關(guān)系而相對比較大，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音信號。RF去耦則是由電感L1完成的，它使RF信號無(wú)法從電源線(xiàn)耦合到芯片中。因為所有的走線(xiàn)都是一條潛在的既可接收也可發(fā)射RF信號的天線(xiàn)，所以，將射頻信號與關(guān)鍵線(xiàn)路、零組件隔離是必須的。

　　這些去耦組件的實(shí)體位置通常也很關(guān)鍵。這幾個(gè)重要組件的布局原則是：C4要盡可能靠近IC接腳并接地，C3必須最靠近C4，C2必須最靠近C3，而且IC接腳與C4的連接走線(xiàn)要盡可能短，這幾個(gè)組件的接地端(尤其是C4)通常應當藉由板面下第一個(gè)接地層與芯片的接地腳相連。將組件與接地層相連的過(guò)孔應該盡可能靠近PCB板上的組件焊盤(pán)，最好是使用打在焊盤(pán)上的盲孔將連接線(xiàn)電感減到最小，電感L1應該靠近C1。

　　一個(gè)集成電路或放大器常常具有一個(gè)集電極開(kāi)路輸出(open collector)，因此需要一個(gè)上拉電感(pullup inductor)來(lái)提供一個(gè)高阻抗RF負載和一個(gè)低阻抗直流電源，同樣的原則也適用于對這一電感的電源端進(jìn)行去耦。有些芯片需要多個(gè)電源才能工作，因此可能需要兩到三套電容和電感來(lái)分別對它們進(jìn)行去耦處理，如果該芯片周?chē)鷽](méi)有足夠的空間，那么去耦效果可能不佳。

　　尤其需要特別注意的是：電感極少平行靠在一起，因為這將形成一個(gè)空芯變壓器，并相互感應產(chǎn)生干擾信號，因此它們之間的距離至少要相當于其中之一的高度，或者成直角排列以使其互感減到最小。

　　電氣分區

　　電氣分區原則上與實(shí)體分區相同，但還包含一些其它因素�，F代移動(dòng)電話(huà)的某些部份采用不同工作電壓，并借助軟件對其進(jìn)行控制，以延長(cháng)電池工作壽命。這意味著(zhù)移動(dòng)電話(huà)需要具備多種電源，而這產(chǎn)生更多的隔離問(wèn)題。電源通常由連接線(xiàn)(connector)引入，并立即進(jìn)行去耦處理以濾除任何來(lái)自電路板外部的噪音，然后經(jīng)過(guò)一組開(kāi)關(guān)或線(xiàn)性穩壓器之后，進(jìn)行電源分配。

　　在移動(dòng)電話(huà)里，大多數電路的直流電流都相當小，因此走線(xiàn)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設計出一條盡可能寬的大電流線(xiàn)路，以使發(fā)射時(shí)的瞬態(tài)壓降(voltage drop)能減到最低。為了避免太多電流損耗，需要利用多個(gè)過(guò)孔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接腳端對它進(jìn)行充分的去耦，那么高功率噪音將會(huì )輻射到整塊電路板上，并帶來(lái)各種各樣的問(wèn)題。高功率放大器的接地相當重要，并經(jīng)常需要為其設計一個(gè)金屬屏蔽罩。