1)小功率射頻PCB設計,主要采用標準FR4材料(絕緣性能好,材料均勻,介電常數ε= 4,10%)。主要使用4層~6層板,在成本非常敏感的情況下可以使用厚度為1mm的雙層板,以確保對面是完整的成型,并且因為雙面板的厚度在1mm以上,使FR4介質之間的形成和信號層更厚,為了使RF信號線阻抗達到50歐,通常信號線的寬度約為2mm,使得板的空間分布難以控制。對于四層板,一般來說,頂層只走RF線信號線,第二層是完整的,第三層是電源,底部一般走路來控制RF器件數字信號線的狀態(比如設置ADF4360系列PLL CLK,數據,le信號線。第三層電源最好不要做一個連續的平面,而是要讓每個RF器件的電源線呈星形分布,最后是下一點。
第三層RF裝置的電源線不與下面的數字線相交。
2)PCB,RF部分和混合信號的模擬部分應遠離數字數字部分(此距離通常在2cm以上,至少1cm),數字部分的接地應與RF分開部分。嚴禁使用開關電源直接為射頻部分供電。主要問題是開關電源的紋波將調制RF部分的信號。這種調制通常會嚴重損壞RF信號,從而導致致命的結果。一般來說,對于開關電源的輸出,可以通過大扼流圈,以及Pi濾波器,然后通過低噪聲Ldo的線性穩壓器(Micrel MIC5207,MIC5265系列,用于高壓,大功率射頻電路,可以考慮使用LM1085,LM1083等)
獲取RF電路的電源。
3)RF PCB,每個元件應緊密排列,以確保各個元件之間的最短連接。對于adf4360-7電路,VCO電感與引腳9和引腳10引腳上的ADF4360芯片之間的距離應盡可能短,以確保由電感和芯片之間的連接引起的分布串聯電感是最小的。
對于電路板上每個RF器件的接地(GND)引腳,包括電阻,電容,電感和連接到地(GND)的引腳,孔應盡可能靠近地層(第二層)進行沖孔。
4)選擇在高頻環境中使用組件時,盡可能使用桌面貼紙。這是因為桌上貼紙元件的尺寸通常較小并且部件的銷釘較短。這最大限度地減少了與元件引腳和元件內部布線相關的附加參數的影響。
特別是分立電阻,電容,電感元件,采用更小的封裝(06030402)來提高電路的穩定性,一致性非常有幫助;
5)有源器件在高頻環境下工作時,往往有多個電源引腳,此時必須注意每個電源附近的引腳(1mm左右)設置一個單獨的傀儡電容器,公差值在100nF左右。在電路板空間允許的情況下,建議每個引腳使用兩個去耦電容,容量分別為1nF和100nF。通常使用材料為x5r或x7r的陶瓷電容器。對于相同的RF有源器件,不同的電源引腳可以為器件(芯片)的不同功能部件供電,而芯片的功能部件可以以不同的頻率工作。例如,ADF4360有三個電源引腳,分別為芯片的VCO,PFD和數字部分供電。這三個部分實現完全不同的功能,并且工作頻率不同。一旦低頻噪聲的數字部分通過電源線到達VCO部分,那么VCO輸出頻率可能會被這種噪聲調制,發生難以消除的色散。為了防止這種情況發生,除了使用單獨的耦合電容之外,有源RF器件的每個功能部分中的電源引腳必須再次通過感應焊珠(大約10uH)連接。
如果包含LO緩沖放大和RF緩沖放大,這種設計有利于提高有源混頻器LO-RF和lo的隔離性能。
6)對于PCB饋電上的射頻信號,饋電時,務必使用特殊的射頻同軸連接器。最常用的一種是SMA型連接器。對于SMA連接器,它分為直插式和微帶式。對于頻率低于3GHz的信號,信號功率很小,我們不計入較弱的插入,直插式SMA連接器完全可用。如果信號頻率進一步增加,我們需要仔細選擇RF連接線和RF連接器。此時,直插式SMA連接器可能由于其結構(主要是拐角)而導致相對大的信號插入。此時,您可以使用質量好的微帶SMA連接器(關鍵是連接器使用PTFE絕緣體材料)來解決問題。另外,如果您的頻率不高,但要求插頭損耗,電源和其他指標,您還可以考慮使用微帶SMA連接器。此外,小型射頻連接器和SMB,SMC等型號,對于SMB連接器,一般類型的連接器僅支持2GHz以下信號的傳輸,而在高振動情況下用于扣環結構的SMB連接器會出現“閃光”情況。因此在選擇SMB連接器時要仔細考慮。大多數RF連接器都有500個插件限制,過于頻繁的插拔會永久性地損壞連接器,因此在調試RF電路時不要將RF連接器擰成螺釘。由于SMB的PCB座椅部分是針式結構(公共),因此PCB連接器上的頻繁插拔焊接損耗相對較小,降低了維護難度,因此在這種情況下SMB連接器也是不錯的選擇。此外,對于空間要求極高的情況,有一種微型連接器,如GDR可供選擇。對于那些阻抗即使不是50歐元,低頻,小信號,精密直流和其他模擬信號或數字部分的高頻時鐘,低抖動時鐘,高速串行信號和其他數字信號都可以使用SMA作為饋電-in連接器。
7)在設計RF PCB時,對RF信號的布線寬度有嚴格的規定。設計應根據PCB的厚度和介電常數需要嚴格計算,模擬在相應頻率點的阻抗線,以確保它是50歐元(CATV標準為75歐元)。但是,我們并不總是需要嚴格的阻抗匹配,在某些情況下,較小的阻抗不匹配可能是無關的(例如,40歐元~60),即使您對電路板的模擬是基于理想情況當它實際移交給PCB工廠進行生產時,制造商使用的工藝將導致電路板的實際阻抗與模擬結果之間相差數千英里。因此對于小信號RF PCB阻抗匹配這樣的問題,我的建議是:步驟1:與PCB工廠適當通信,獲得相應的厚度,板的層數為50歐元線寬范圍;步驟2:在所有50歐元RF信號線上,在此寬度范圍均勻應用中選擇合適的寬度;步驟3:當PCB交付生產時,在腳本上標記所有寬度以進行50歐元的阻抗匹配。此時,您不需要指出需要進行阻抗匹配的許多線路(對于PCB制造商,他們將在您設計的PCB擴展的背景下制作阻抗條,并測試阻抗當您離開工廠時,對應于阻抗條寬度的采樣線大致確定電路板上的相同寬度。線路的阻抗。最后,這個阻抗條被PCB工廠切斷并回收,而不會被您看到)。不同的頻率,相同寬度的線路將顯示略微不同的阻抗,但這種差異一般小于10%。當然,您也可以編寫一個非常復雜的阻抗設置腳本,允許紙板工廠根據其工藝微調在不同頻率上工作的布線寬度,使其阻抗嚴格設置為50歐元,然后要求PCB工廠篩選每條線。這導致成本的對數增加和大量的廢品率,并且在這樣的PCB完成之后,由于焊料分布和RF部件本身仍將導致阻抗偏差。這是非常罕見的,因為即使是復雜的RF測試測量儀器,由RF小信號的線路阻抗的弱不匹配(在5%以內)引起的誤差也可以通過軟件輕松校正;對于相對粗糙的通信機器,甚至不必關心5%的差異。不過,我想強調的是,對于射頻電路的LNA(低噪聲)和PA(放大器)部分,射頻布線阻抗問題非常敏感,但幸運的是,無論是LNA電路還是PA電路,頻率都是line必須相同,并且行數很小(不超過兩個節點的輸入和輸出)。這時我建議在敏感場合,LNA和PA單板,使用介質均勻分布均勻的高質量RF特殊PCB板(rogers / arlon / taconics),在射頻信號線部分不使用電阻焊油(又稱綠油),避免焊接阻力帶來阻抗漂移;并要求PCB板廠提供阻抗測試報告。由于LNA電路輸入部分的信號功率已經很小(低于-150dbm),因阻抗不匹配引起的插入損耗進一步降低了有價值的信號強度;對于PA電路,由于它們的高功率,阻抗不匹配會消耗大量能量(相比之下,
插入損耗相同于1db:10dbm信號衰減到9dBm和50dBm衰減到49dBm所消耗的能量差,呵呵,后者可產生20W熱量)在某些功率kw PA中,1dB的內插可帶來耀斑飛濺的效果。
8)用于在PCB上實現的RF微帶電路,這些電路在廣告,HFSS和其他仿真工具中進行仿真,特別是那些具有定向耦合器,濾波器(PA窄帶濾波器),微帶諧振器(如您正在設計VCO),阻抗匹配網絡,等等,一定要與PCB工廠良好溝通,使用厚度,介電常數等指標嚴格和模擬時使用的指標與板材一致。
最好的解決方案是找到自己的微波PCB板代理商購買相應的板材,然后委托PCB工廠加工。 9)在RF電路中,我們經常使用晶體振蕩器作為頻率標準,這種晶體振動可能是tcxo,ocxo或普通晶振。對于這樣的晶體電路必須遠離數字部分,并使用特殊的低噪聲電源系統。更重要的是晶體振動可能會隨著環境溫度的變化而產生頻率漂移,對于Tcxo和OCXO,這仍然會發生,但只是程度較小。特別是那些小型水晶產品的貼片,對環境溫度非常敏感。在這種情況下,我們可以在晶體電路上添加金屬蓋(不要直接接觸晶體封裝),以減少環境溫度的突然變化,從而導致晶體振動的頻率漂移。當然,這將導致數量和成本增加。