射頻集成電路設(shè)計中常見問題與方案解析

　　通常情況下，對于微波以下頻段的電路( 包括低頻和低頻數(shù)字電路) ，在全面掌握各類設(shè)計原則前提下的仔細規(guī)劃是一次性成功設(shè)計的保證。對于微波以上頻段和高頻的PC類數(shù)字電路，則需要2~3個版本的PCB方能保證電路品質(zhì)。

　　RF無線射頻電路設(shè)計中的常見問題

　　射頻(RF) PCB設(shè)計，在目前公開出版的理論上具有很多不確定性，常被形容為一種“黑色藝術(shù)”。通常情況下，對于微波以下頻段的電路( 包括低頻和低頻數(shù)字電路) ，在全面掌握各類設(shè)計原則前提下的仔細規(guī)劃是一次性成功設(shè)計的保證。對于微波以上頻段和高頻的PC類數(shù)字電路，則需要2~3個版本的PCB方能保證電路品質(zhì)。而對于微波以上頻段的RF電路，則往往需要更多版本的PCB設(shè)計并不斷完善，而且是在具備相當經(jīng)驗的前提下。由此可知RF電設(shè)計上的困難。

　　數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾

　　如果模擬電路( 射頻) 和數(shù)字電路單獨工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上 使用同一個電源一起工作， 整個系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。這主要是因為數(shù)字信號頻繁地在地和正電源( 大于3 V) 之間擺動，而且周期特別短，常常是納秒級的。由于較大的振幅和較短的切換時間， 使得這些數(shù)字信號包含大量且獨立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無線調(diào)諧回路傳到無線設(shè)備接收部分的信號一般小于1μV。因此數(shù)字信號與射頻信號之間的差別會達到120dB。顯然， 如果不能使數(shù)字信號與射頻信號很好地分離，微弱的射頻信號可能遭到破壞，這樣一來，無線設(shè)備工作性能就會惡化，甚至完全不能工作。

　　供電電源的噪聲干擾

　　射頻電路對于電源噪聲相當敏感，尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會在每個內(nèi)部時鐘周期內(nèi)短時間突然吸入大部分電流，這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOS工藝制造。因此假設(shè)一個微控制器以1MHz的內(nèi)部時鐘頻率運行，它將以此頻率從電源提取電流。如果不采取合適的電源去耦，必將引起電源線上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達電路RF部分的電源引腳，嚴重時可能導致工作失效。

　　不合理的地線

　　如果RF 電路的地線處理不當，可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對于數(shù)字電路設(shè)計，即使沒有地線層，大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF 頻段，即使一根很短的地線也會如電感器一樣作用。粗略地計算，每毫米長度的電感量約為1nH，433MHz時10mmPCB線路的感抗約27Ω。如果不采用地線層，大多數(shù)地線將會較長，電路將無法具有設(shè)計的特性。

　　天線對其他模擬電路部分的輻射干擾

　　在PCB電路設(shè)計中，板上通常還有其他模擬電路。例如，許多電路上都有模/數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)或數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)。射頻發(fā)送器的天線發(fā)出的高頻信號可能會到達ADC的模擬輸入端。因為任何電路線路都可能如 天線一樣發(fā)出或接收RF信號。如果ADC輸入端的處理不合理，RF信號可能在ADC輸入的ESD二極管內(nèi)自激，從而引起ADC偏差。

　　RF電路設(shè)計原則及方案

　　RF布局概念

　　在設(shè)計RF布局時，必須優(yōu)先滿足以下幾個總原則：

　　(1)盡可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開來，簡單地說 就是讓高功率RF發(fā)射電路遠離低功率RF 接收電路;

　　(2)確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地，最好上面沒有過孔，當然，銅箔面積越大越好;

　　(3)電路和電源去耦同樣也極為重要;

　　(4)RF輸出通常需要遠離RF輸入;

　　(5)敏感的模擬信號應該盡可能遠離高速數(shù)字信號和RF信號。