射頻電路PCB設(shè)計(jì)和電磁兼容

楊福君　楊艷萍

摘 要：射頻電路一直被運(yùn)用于通信技術(shù)，特別是我們使用的手機(jī)和藍(lán)牙設(shè)備，射頻電路是其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵?。這些電路的特點(diǎn)是體積小、便于攜帶、穩(wěn)定性較好，但是基于上述特點(diǎn)，在一個(gè)小小的手機(jī)內(nèi)部存在無數(shù)的小型電子器件，其相互之間必然存在電磁干擾，而為了減少這種電磁干擾我們研究發(fā)現(xiàn)射頻電路PCB設(shè)計(jì)可以有效的減少電磁干擾，實(shí)現(xiàn)電磁兼容。并且由于其本身的電路的體積小、輕便等特點(diǎn)，一直以來都是移動(dòng)通信設(shè)備的最佳選擇。

關(guān)鍵詞：射頻電路；PCB設(shè)計(jì)；電磁兼容

引言

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線電射頻電路的應(yīng)用越來越廣泛，特別是手機(jī)、藍(lán)牙產(chǎn)品，無線電傳播的核心技術(shù)就是射頻電路。而隨著近年來4G業(yè)務(wù)的逐漸普及數(shù)據(jù)的傳送量級也顯著提升，每天通過射頻電路傳遞的信號數(shù)量數(shù)十倍百倍的增加，這也對射頻電路的創(chuàng)想帶來挑戰(zhàn)。此外由于射頻電路主要是運(yùn)用于移動(dòng)設(shè)備，其特點(diǎn)是體積小，便于攜帶，所以整個(gè)電路的基本要求也是體積一定要小，布線一定要均勻合理，并且微型的元器件不能形成干擾，但是顯然，在手機(jī)內(nèi)部有著無數(shù)的電子器件，相互之間會產(chǎn)生電磁干擾，這是無法避免的，不過可以進(jìn)行一些操作可以有效的減低這些電磁干擾帶來的影響。因此我們選擇射頻電路的PCB設(shè)計(jì)，該種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)就是體積小，防止電磁干擾效果明顯。

1 板基材的選擇

一些集成電路是在板材上完成的，所以首先射頻電路需要選擇合理合適的板材，作為承接電子器件的模板。我們在選擇板材的時(shí)候關(guān)注的最多的是板材具有的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗以及熱膨脹系數(shù)，介電常數(shù)很大程度上影響電路的阻抗和電路的傳輸速率，特別是對于一些頻率非常高的電路，對介電常數(shù)的要求尤為嚴(yán)格，因此通常我們選擇具備較小介電常數(shù)的板材是主流。

2 PCB設(shè)計(jì)流程

2.1 原理圖的設(shè)計(jì)

PCB設(shè)計(jì)首先需要對原理圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，該步驟借助計(jì)算機(jī)完成。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部借助一定的工具軟件，工具軟件中會有所有電子器件的模擬元件，我們在電腦中模擬真實(shí)的電路圖首先設(shè)計(jì)好電路，然后找到對應(yīng)的模擬電子器件把電路圖連接好，接著對原理圖的設(shè)計(jì)進(jìn)行運(yùn)行的模擬，確定基本的運(yùn)行沒有問題。

2.2 PCB設(shè)計(jì)

在第一步的原理圖設(shè)計(jì)好了之后，根據(jù)原理圖我們對PCB的外形和尺寸進(jìn)行科學(xué)確定，根據(jù)PCB器件所在的位置、大小、外形以及參數(shù)情況優(yōu)化PCB的外形和尺寸，讓整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最佳的性能。在這個(gè)過程中首先需要在PCB表面確定定位孔、視眼、參考點(diǎn)等等這些為位置。

然后就需要開始制作需要使用的元器件，一般我們使用的元器件在庫存中都能夠找到，但是實(shí)際中一些元器件在庫存中如果沒有的話，這些元器件就需要我們自己進(jìn)行制作加工。一般這些元器件的制作都比較簡單，所以整個(gè)過程不是很麻煩。當(dāng)元器件完成之后就需要對其進(jìn)行布局和布線操作。在最后的步驟還需要對電路進(jìn)行檢查，確保電路的性能達(dá)到要求以及運(yùn)行起來基本保持穩(wěn)定。

3 元器件的布局

元器件的布局不像是一般的電子器件布局，由于射頻電路是微型的電路，所有的元器件都非常的小，布局的過程采用的是表面貼裝工藝，運(yùn)用紅外爐再流焊來實(shí)現(xiàn)微型電子元器件的焊接。焊接是射頻電路設(shè)計(jì)當(dāng)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其焊接的質(zhì)量直接影響整個(gè)電路的成品質(zhì)量。對于射頻電路PCB電路，在焊接當(dāng)中尤其需要注意的是，不同的電子器件之間要形成很好的電磁兼容，切不可產(chǎn)生相互之間的電磁輻射，影響各個(gè)電子器件的獨(dú)立運(yùn)行，所以我們在選擇電子元器件的時(shí)候，都會優(yōu)先選擇具備抵抗地磁干擾能力的器件。

另外，整個(gè)電路在運(yùn)行中，電路中存在電流就會產(chǎn)生磁場，所以射頻電路出了各個(gè)期間的電磁干擾之外還需要考慮電路本身對于其它電路的電磁干擾。因此宏觀的電路布局非常關(guān)鍵，電路布局有一些基本的原則可以供參考。

首先是元器件的排列盡量使排成一列，我們在選擇PCB進(jìn)入熔錫系統(tǒng)的方向來減少在焊接過程中造成的焊接不牢固產(chǎn)生的不利情況發(fā)生。通常我們至少要讓元器件之間的距離達(dá)到0.5mm以上，才能夠順利的完成元器件之間的熔錫焊接，否則由于元器件之間的距離過于靠近，焊接工作將會沒有辦法開展。

然后是PCB系統(tǒng)的所有的接口都需要相互之間匹配，無論是位置還是大小和形狀，都應(yīng)當(dāng)綜合考慮，保證相互之間的連接沒有任何問題。還有就是由于電路的復(fù)雜性，電路之間必然存在電位的差值，但是這些差值又出現(xiàn)了距離很小的空間之內(nèi)，這樣就會很容易短路的情況發(fā)生，所有我們的電路布局的時(shí)候盡量避免那些具有高電位差的元器件相差的距離過于近，防止出現(xiàn)短路的情況發(fā)生，特別是在高電壓的工作環(huán)境下，尤其需要注意。

最后就是需要從整體上認(rèn)真的分析電路的結(jié)構(gòu)，清楚的將電路進(jìn)行模塊劃分，每個(gè)模塊都有很多的電子器件，盡量讓相同模塊的電子器件在一起，比如高頻放大電路或者混頻電路等等這些模塊，其需要使用非常多的電子器件，需要在布局的時(shí)候盡量的讓他們在一起，這樣可以有效的減少電路中電線環(huán)路面積，有效的降低電路損耗和產(chǎn)生的電磁輻射，同時(shí)這樣也可以防止不同模塊之間的相互干擾。

4 布線

布線是在基本的完成布局之后進(jìn)行的，布線分為細(xì)節(jié)布線和全局布線的處理，細(xì)節(jié)布線主要是針對電路內(nèi)部那些不同的模塊內(nèi)部的線路布局，細(xì)節(jié)布線雖然在版圖設(shè)計(jì)中會存在，但是一般這些電路器件購買好了都已經(jīng)完成了初步的細(xì)節(jié)布線，只是在有些時(shí)候需要稍稍的修改一下細(xì)節(jié)布線。

全局布線就是不同模塊之間的相互布線或者是電源和各個(gè)模塊之間的網(wǎng)絡(luò)布線。在全局布線的過程中需要注意的是，各個(gè)模塊之間由于位置的特殊性和距離的不同會造成布線存在很多的約束，如果我們把每個(gè)模塊看成是一個(gè)點(diǎn)，然后確定了哪些點(diǎn)之間會連接，那么理論上一定存在最優(yōu)的方案是的最終的布線長度最短，這樣會節(jié)省材料成本，使得電路更加的簡潔。

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