??避免ISM-RF產(chǎn)品中的PCB設(shè)計“缺陷”
工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療系統(tǒng)射頻（ISM-RF）產(chǎn)品的電路設(shè)計往往非常緊湊。為避免常見的設(shè)計缺陷或“陷阱”，需要特別注意這些應(yīng)用的布局。這些產(chǎn)品可能工作在300MHz至915MHz之間的任何ISM頻帶，其接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的RF功率范圍通常介于-120dBm至+13dBm之間。本文主要討論了電感放置的方向、線路耦合、接地過孔以及引線長度、接地、晶體電容、引線電感等諸多問題。
引言
工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療射頻（ISM-RF）產(chǎn)品的無數(shù)應(yīng)用案例表明，這些產(chǎn)品的印制板（）布局很容易出現(xiàn)各種缺陷。人們時常發(fā)現(xiàn)相同IC安裝到兩塊不同電路板上，所表現(xiàn)的性能指標(biāo)會有顯著差異。工作條件、諧波輻射、抗干擾能力，以及啟動時間等等諸多因素的變化，都能說明電路板布局在一款成功設(shè)計中的重要性。
本文羅列了各種不同的設(shè)計疏忽，探討了每種失誤導(dǎo)致電路故障的原因，并給出了如何避免這些設(shè)計缺陷的建議。本文以FR-4電介質(zhì)、厚度0.0625in的雙層為例，電路板底層接地。工作頻率介于315MHz到915MHz之間的不同頻段，Tx和Rx功率介于-120dBm至+13dBm之間。表1列出了一些可能出現(xiàn)的布局問題、原因及其影響。
表1. 典型的布局問題和影響
Problem
Cause
Effect
LNA/tank circuit arrangement (receiver)
Inductor orientation
RF feedthrough
Degeneration/π-network arrangement (transmitter)
Inductor orientation
RF feedthrough
Shared ground vias between legs of π network
Via parasitics
Feedthrough, RF leakage
Shared ground vias between receiver blocks
Via parasitics
Crosstalk, RF feedthrough, RF leakage
Long traces for decoupling capacitors
Higher-impedance connections
Reduced decoupling
Wide component placement
Increased parasitics, ground loops
Detuning, crosstalk, feedthrough
Colinear traces in the transmitter circuit
Filter bypassing, i.e., power amplifier (PA) directly to antenna
Harmonics radiation
Top-layer copper pours
Parasitic coupling
RF leakage, RF interference
Discontinuous ground plane
Return current concentration
Crosstalk, feedthrough
Crystal connection trace length
Excess capacitance
LO frequency pulling
Crystal connection trace separation
Excess capacitance
LO frequency pulling
Ground plane under crystal pads
Excess capacitance
LO frequency pulling
Planar trace inductors
Poor inductance control
Large footprint, low Q, crosstalk, feedthrough
其中大多數(shù)問題源于少數(shù)幾個常見原因，我們將對此逐一討論。
電感方向
當(dāng)兩個電感（甚至是兩條走線）彼此靠近時，將會產(chǎn)生互感。第一個電路中的電流所產(chǎn)生的磁場會對第二個電路中的電流產(chǎn)生激勵（圖1）。這一過程與變壓器初級、次級線圈之間的相互影響類似。當(dāng)兩個電流通過磁場相互作用時，所產(chǎn)生的電壓由互感LM決定：
式中，YB是向電路B注入的誤差電壓，IA是在電路A作用的電流。LM對電路間距、電感環(huán)路面積（即磁通量）以及環(huán)路方向非常敏感。因此，緊湊的電路布局和降低耦合之間的最佳平衡是正確排列所有電感的方向。
圖1. 由磁力線可以看出互感與電感排列方向有關(guān)
對電路B的方向進(jìn)行調(diào)整，使其電流環(huán)路平行于電路A的磁力線。為達(dá)到這一目的，盡量使電感互相垂直，請參考低功率FSK超外差接收機(jī)評估（EV）板（MAX7042EVKIT）的電路布局（圖2）。該電路板上的三個電感（L3、L1和L2）距離非常近，將其方向排列為0°、45°和90°，有助于降低彼此之間的互感。
圖2. 圖中所示為兩種不同的布局，其中一種布局的元件排列方向不合理（L1和L3），另一種的方向排列則更為合適。
綜上所述，應(yīng)遵循以下原則：
●電感間距應(yīng)盡可能遠(yuǎn)。
●電感排列方向成直角，使電感之間的串?dāng)_降至最小。
引線耦合
如同電感排列方向會影響磁場耦合一樣，如果引線彼此過于靠近，也會影響耦合。這種布局問題也會產(chǎn)生所謂的互感。RF電路最關(guān)心問題之一即為系統(tǒng)敏感部件的走線，例如輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、接收器的諧振槽路、發(fā)送器的天線匹配網(wǎng)絡(luò)等。
下載文檔
