手持式產(chǎn)品RF電路及其音頻電路的PCB設(shè)計技巧
*對電路進行分塊處理,射頻電路基本上可分成高頻放大、混頻、解調(diào)、本振等部分,要為各個電路模塊提供一個公共電位參考點即各模塊電路各自的地線,這樣信號就可以在不同的電路模塊之間傳輸。然后,匯總于射頻電路PCB接入地線的地方,即匯總于總地線。由于只存在一個參考點,因此沒有公共阻抗耦合存在,從而也就沒有相互干擾問題。
*數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)盡可能地線進行隔離,并且數(shù)字地與模擬地要分離,最后接于電源地。
*在空間允許的情況下,各模塊之間最好能以地線進行隔離,防止相互之間的信號耦合效應(yīng)。
對于音頻電路,接地對于是否能夠達到音頻系統(tǒng)的性能要求至關(guān)重要。任何系統(tǒng)中接地有兩個重要考慮:首先它是流過器件的電流返回路徑,其次是數(shù)字和模擬電路的參考電位。這里給出了適用于所有系統(tǒng)的技巧:
*為數(shù)字電路建立一個連續(xù)的地平面。地層的數(shù)字電流通過信號路徑返回,該環(huán)路的面積應(yīng)保持最小,以降低天線效應(yīng)和寄生電感。確保所有數(shù)字信號引線具有對應(yīng)的接地通路,這一層應(yīng)該與數(shù)字信號引線覆蓋相同的面積,具有盡可能少的斷點。地層的斷點,包括過孔,會使地電流流過更大的環(huán)路,因而產(chǎn)生更大的輻射和噪聲。
*保證地電流隔離。數(shù)字電路和模擬電路的地電流要保持隔離,以阻止數(shù)字電流對模擬電路的干擾。為了達到這一目標,需要正確排列元件。如果把模擬電路布置在PCB的一個區(qū)域,把數(shù)字電路布置在另一區(qū)域,地電流會自然隔離開。最好使模擬電路具有獨立的PCB分層。
*模擬電路采用星形接地。星形接地是將PCB的一點看作公共接地點,而且只有這一點被當作地電位,蜂窩電話中,電池地端通常被作為星形接地點,流入地平面的電流不會自動消失,所有地電流都將匯入到這個接地點。音頻放大器吸收相當大的電流,這會影響電路本身的參考地和其它系統(tǒng)的參考地。為了解決這一問題,最好提供一個專用的返回回路橋接放大器的功率地和耳機插孔的地回路。注意,這些專用的回路不要穿越數(shù)字信號線,因為它們會阻礙數(shù)字返回電流。
*最大化旁路電容作用。幾乎所有器件都需要一個旁路電容,以提供電源不能提供的瞬態(tài)電流。這些電容需盡可能靠近電源引腳放置,以減少電容和器件引腳之間的寄生電感,電感會降低旁路電容的作用。
接地分布的電路板實例
以用于評估超低EMI、1.5W、無濾波D類音頻功率放大器和80mW DirectDriv耳機放大器MAX9776評估板為例作說明。
圖3是一個具有較好接地分布的電路板實例(即絲印層和地層舉例),圖3(a)為應(yīng)元件布局A(正)面,圖3(b)為應(yīng)元件布局B(背).首先需要注意PCB底部為數(shù)字區(qū)域,頂部為模擬區(qū)域。穿越區(qū)域邊界的唯一信號線是I2C控制信號,這些信號線有一個直接的返回路徑,確保數(shù)字信號只存在于數(shù)字區(qū)域,沒有地層分割導(dǎo)致的數(shù)字地電流。還要注意大部分地平面是連續(xù)的,即使數(shù)字區(qū)域有一些中斷,但彼此之間的距離足夠遠,保證了電流通道的順暢。在這個例子中,星形接地點在PCB頂層的左上角。模擬地層的斷點確保D類放大器和電荷泵的電流直接返回星形接地點,不會干擾其它模擬層。另外,還需注意耳機插孔有一條引線直接將耳機地電流返回到星形接地點。
5、結(jié)論
以上設(shè)計良好的PCB是一件耗時,同時也是極具挑戰(zhàn)性的工作,但這種投入也的確是值得的。好的PCB布局有助于降低系統(tǒng)噪音,提高RF信號的抑制能力,減小信號失真。好的PCB設(shè)計還會改善EMI性能,有可能需要更少的屏蔽。如果PCB不合理,會在測試階段出現(xiàn)本來可以避免的問題。這時在采取措施的話,可能為時已晚,很難解決所面臨的問題,需要投入更多的時間、花費更大的精力,有時還要添加額外的元件,增加系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。
如今PCB的技術(shù)主要按電子產(chǎn)品的特性及要求而改變,在近年來電子產(chǎn)品日趨多功能、精巧并符合環(huán)保條例。故此,PCB的精密度日高,其軟硬板結(jié)合應(yīng)用也將增加。
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