RF電路設(shè)計(jì)中降低寄生信號(hào)的八大途徑

　　RF電路板設(shè)計(jì)最重要的是不該有信號(hào)的地方要隔離信號(hào)，而該有信號(hào)的地方一定要獲得信號(hào)。這就要求我們有意識(shí)地采取措施，確保信號(hào)隔離于其路徑適當(dāng)?shù)牟课?。音調(diào)、信號(hào)、時(shí)鐘及其在電路板上任何地方生成的所有諧波都可能作為寄生信號(hào)混入輸出信號(hào)，甚至可能會(huì)進(jìn)入混頻器和轉(zhuǎn)換器進(jìn)而被轉(zhuǎn)換、反映并混淆為寄生信號(hào)。傳輸掩模(Transmit mask)要求表明即便最微小的寄生信號(hào)也會(huì)阻礙產(chǎn)品的發(fā)布。

　　寬帶器件支持軟件定義無線電(SDR)的這一當(dāng)前趨勢(shì)將進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)降低寄生信號(hào)的重要性。由于可部署統(tǒng)一信號(hào)平臺(tái)設(shè)計(jì)來滿足多種頻帶需求，因此插入式RF模塊可替代其中較多信號(hào)可能會(huì)相互干擾的較大電路板。包括大多數(shù)RF廠商評(píng)估板在內(nèi)的小型插入式RF模塊可以實(shí)現(xiàn)完全隔離，并具備優(yōu)異的寄生信號(hào)性能，但需要使用特殊設(shè)計(jì)方法。種種通孔、頂層布線、專用接地層等布局技術(shù)雖然能夠充分滿足小型RF電路板的需求，但可擴(kuò)展性較差。

　　RF布局要想降低寄生信號(hào)，就需要RF工程師發(fā)揮創(chuàng)造性，因?yàn)椴季止ぞ哚槍?duì)大規(guī)模布局進(jìn)行了優(yōu)化，但不一定適合電磁分析。布局和電路板評(píng)測(cè)過程中通常采用基本規(guī)則，但真正的測(cè)試是在電路板原型設(shè)計(jì)已經(jīng)完成并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候。電源電平與線性等基本電路板功能檢測(cè)完成之后，評(píng)估寄生信號(hào)性能將成為重點(diǎn)。在這一末期工作階段，寄生信號(hào)需要RF工程師發(fā)揮創(chuàng)造性，確定寄生信號(hào)的根源并找到解決辦法。但是，這種調(diào)試時(shí)間幾乎不可能預(yù)測(cè)和安排，而且解決問題往往還需要使電路板運(yùn)行起來，這將會(huì)造成項(xiàng)目延誤，增加成本。

　　大多數(shù)RF工程師依據(jù)一些簡(jiǎn)單原理得出的基本規(guī)則可用于布局評(píng)測(cè)工作。記住以下這八條規(guī)則，不但有助于加速產(chǎn)品上市進(jìn)程，而且還可提高工作日程的可預(yù)見性。

　　規(guī)則1：接地通孔應(yīng)位于接地參考層開關(guān)處

　　流經(jīng)所布線路的所有電流都有相等的回流。耦合策略固然很多，不過回流通常流經(jīng)相鄰的接地層或與信號(hào)線路并行布置的接地。在參考層繼續(xù)時(shí)，所有耦合都僅限于傳輸線路，一切都非常正常。不過，如果信號(hào)線路從頂層切換至內(nèi)部或底層時(shí)，回流也必須獲得路徑。

　　圖1就是一個(gè)實(shí)例。頂層信號(hào)線路電流下面緊挨著就是回流。當(dāng)它轉(zhuǎn)移到底層時(shí)，回流就通過附近的通孔。不過，如果附近沒有用于回流的通孔時(shí)，回流就要通過最近可用的接地通孔。更遠(yuǎn)的距離會(huì)產(chǎn)生電流環(huán)路，形成電感器。如果這種不必要的電流路徑偏移，碰巧又同另一條線路交叉，那么干擾就會(huì)更嚴(yán)重。這種電流環(huán)路其實(shí)相當(dāng)于形成了一個(gè)天線!　　

圖1：信號(hào)電流從器件引腳經(jīng)過通孔流到較低層。回流在被迫流向最近通孔改變至不同參考層之前位于信號(hào)之下。

　　接地參考是最佳策略，但高速線路有時(shí)候可布置在內(nèi)部層上。接地參考層上下都放置非常困難，半導(dǎo)體廠商可能會(huì)受到引腳限制，把電源線安放在高速線路旁邊。參考電流要是需要在非DC耦合的各層或各網(wǎng)之間切換，應(yīng)緊挨著開關(guān)點(diǎn)安放去耦電容。

　　規(guī)則2：將器件焊盤與頂層接地連接起來

　　許多器件在器件封裝底部都采用散熱接地焊盤。在RF器件上，這些通常都是電氣接地，而相鄰焊盤點(diǎn)有接地通孔陣列?？蓪⑵骷副P直接連接至接地引腳，并通過頂層接地連接至任何灌銅。如有多個(gè)路徑，回流會(huì)按路徑阻抗比例拆分。通過焊盤進(jìn)行接地連接相對(duì)于引腳接地而言，路徑更短、阻抗更低。

　　電路板與器件焊盤之間良好的電氣連接至關(guān)重要。裝配時(shí)，電路板通孔陣列中的未填充通孔也可能會(huì)抽走器件的焊膏，留下空隙。填滿通孔是保證焊接到位的好辦法。在評(píng)測(cè)中，還要打開焊接掩模層確認(rèn)沒有焊接掩模在器件下方的電路板接地上，因?yàn)楹附友谀？赡軙?huì)抬高器件或使其搖擺。

　　規(guī)則3：無參考層間隙

　　器件周邊到處都是通孔。電源網(wǎng)分解成本地去耦，然后降至電源層，通常提供多個(gè)通孔以最大限度減少電感，提高載流容量，同時(shí)控制總線可降至內(nèi)層。所有這些分解最終都會(huì)在器件附近完全被鉗住。

　　每個(gè)這些通孔都會(huì)在內(nèi)接地層上產(chǎn)生大于通孔直徑自身的禁入?yún)^(qū)，提供制造空隙。這些禁入?yún)^(qū)很容易在回流路徑上造成中斷。一些通孔彼此靠近則會(huì)形成接地層溝，頂層CAD視圖看不見，這將導(dǎo)致情況進(jìn)一步復(fù)雜化。圖2兩個(gè)電源層通孔的接地層空隙可產(chǎn)生重疊的禁入?yún)^(qū)，并在返回路徑上造成中斷。回流只能轉(zhuǎn)道繞過接地層禁入?yún)^(qū)，形成現(xiàn)在常見的發(fā)射感應(yīng)路徑問題。

圖2：通孔周圍接地層的禁入?yún)^(qū)可能重疊，迫使回流遠(yuǎn)離信號(hào)路徑。即便沒有重疊，禁入?yún)^(qū)也會(huì)在接地層形成鼠咬阻抗中斷。