它们可以集成在一块很小的电路板上,运用于无线数字音频、数字视频数据传输系统,无线遥控和遥测系统,无线数据采集系统,无线网络以及无线安全戒备系统等浩瀚领域。
1.数字电路与仿照电路的潜在抵牾
如果仿照电路(射频)和数字电路(微掌握器)单独事情可能各自事情良好,但是一旦将两者放在同一块电路板上,利用同一个电源供电一起事情,全体系统很可能就会不稳定。 这紧张是由于数字旗子暗记频繁的在地和正电源(大小3V)之间摆动,而且周期特殊短,常常是ns级的。

由于较大的振幅和较小的切换韶光,使得这些数字旗子暗记包含大量的且独立于切换频率的高频身分。而在仿照部分,从天线调谐回路传到无线设备吸收部分的旗子暗记一样平常小于1μV。
因此数字旗子暗记与射频旗子暗记之间的差别将达到10-6(120dB)。显然,如果数字旗子暗记与射频旗子暗记不能很好的分离,微弱的射频旗子暗记可能遭到毁坏,这样一来,无线设备事情性能就会恶化,乃至完备不能事情。
2.RF电路和数字电路做在同块PCB上的常见问题
不能充分的隔离敏感线路和噪声旗子暗记线是常常涌现的问题。 如上所述,数字旗子暗记具有高的摆幅并包含大量高频谐波。 如果PCB板上的数字旗子暗记布线临近敏感的仿照旗子暗记,高频谐波可能会耦合过去。
RF器件的最敏感节点常日为锁相环(PLL)的环路滤波电路,外接的压控振荡器(VCO)电感,晶振基准旗子暗记和天线端子,电路的这些部分该当特殊仔细处理。
(1)供电电源噪声
由于输入/输出旗子暗记有几V的摆幅,数字电路对付电源噪声(小于50mV)一样平常可以接管。而仿照电路对付电源噪声却相称敏感,尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。
因此,在包含RF(或其他仿照)电路的PCB板上的电源线布线必须比在普通数字电路板上布线更加仔细,应避免采取自动布线。同时也应把稳到,微掌握器(或其他数字电路)会在每个内部时钟周期内短韶光溘然吸入大部分电流,这是由于当代微掌握器都采取CMOS 工艺设计。
因此,假设一个微掌握器以1MHz的内部时钟频率运行,它将以此频率从电源提取(脉冲)电流,如果不采纳得当的电源去耦,必将引起电源线上的电压毛刺。
如果这些电压毛刺到达电路RF部分的电源引脚,严重的可能导致事情失落效,因此必须担保将仿照电源线与数字电路区域隔开。
(2)不合理的地线
RF电路板该当总是布有与电源负极相连的地线层,如果处理不当,可能产生一些奇怪的征象。
对付一个数字电路设计者来说这大概难于理解,由于纵然没有地线层,大多数数字电路功能也表现良好。而在RF频段,纵然一根很短的线也会如电感一样浸染。
粗略打算,每mm长度的电感量约为1nH,434MHz时10mm PCB线路的感抗约为27 Ω。如果不采取地线层,大多数地线将会较长,电路将无法担保设计特性。
(3)天线对其他仿照部分的辐射
在包含射频和其他部分的电路中,这一点常常被忽略。除了RF部分,板上常日还有其他仿照电路。例如,许多微掌握器内置模数转换器(ADC)用于丈量仿照输入以及电池电压或其他参数。
如果射频发送器的天线位于此PCB附近(或就在此PCB上),发出的高频旗子暗记可能会到达ADC的仿照输入端。不要忘却任何电路线路都可能如天线一样发出或吸收RF 旗子暗记。
如果ADC输入端处理不合理,RF旗子暗记可能在ADC输入的ESD二极管内自激,从而引起ADC的偏差。
3.RF电路和数字电路做在同块PCB上的办理方案
以下给出在大多数RF运用中的一些通用设计和布线策略。然而,遵照实际运用中RF器件的布线建议更为主要。
(1)一个可靠的地线层面
当设计有RF元件的PCB时,该当总是采取一个可靠的地线层。其目的是在电路中建立一个有效的0V电位点,使所有的器件随意马虎去耦。供电电源的0V端子应直接连接在此地线层。由于地线层的低阻抗,已被去耦的两个节点间将不会产生旗子暗记耦合。
对付板上多个旗子暗记幅值可能相差120dB,这一点非常主要。在表面贴装的PCB上,所有旗子暗记布线在元件安装面的同一面,地线层则在其反面。空想的地线层应覆盖全体PCB(除了天线PCB下方)。
如果采取两层以上的PCB,地线层应放置在临近旗子暗记层的层上(如元件面的下一层) 。另一个好方法是将旗子暗记布线层的空余部分也用地线平面添补,这些地线平面必须通过多个过孔与主地线层面连接。
须要把稳的是:由于接地点的存在会引起阁下的电感特性改变,因此选择电感值和支配电感是必须仔细考虑的。
2)缩短与地线层的连接间隔
所有对地线层的连接必须只管即便短,接地过孔应放置在(或非常靠近)元件的焊盘处。决不要让两个地旗子暗记共用一个接地过孔,这可能导致由于过孔连接阻抗在两个焊盘之间产生串扰。
(3)RF去耦
去耦电容该当放置在尽可能靠近引脚的位置,每个须要去耦的引脚处都应采取电容去耦。采取高品质的陶瓷电容,介电类型最好是“NPO” , “X7R” 在大多数运用中也能较好事情。空想的选择电容值应使其串联谐振即是旗子暗记频率。
例如434MHz时,SMD贴装的100pF电容将良好事情,此频率时,电容的容抗约为4 Ω,过孔的感抗也在同样范围。串联的电容和过孔对付旗子暗记频率形成一个陷波滤波器,使之能有效的去耦。
868MHz时,33pF电容是一个空想的选择。除了RF去耦的小值电容,一个大值电容也应放置在电源线路上去耦低频,可选择一个2.2μF陶瓷或10μF的钽电容。
(4)电源的星形布线
星形布线是仿照电路设计中众所周知的技巧(如图1所示)。
星形布线———电路板上各模块具有各自的来自公共供电电源点的电源线路。在这种情形下,星形布线意味着电路的数字部分和RF部分应有各自的电源线路,这些电源线应在靠近IC处罚别去耦。
这是一个隔开来自数字部分和来自RF部分电源噪声的有效方法。如果将有严重噪声的模块置于同一电路板上,可以将电感(磁珠)或小阻值电阻(10Ω)串联在电源线和模块之间,并且必须采取至少10μF的钽电容作这些模块的电源去耦。这样的模块如RS 232驱动器或开关电源稳压器。
图1:电源的星形布线
(5)合理安排PCB布局
为减小来自噪声模块及周边仿照部分的滋扰,各电路模块在板上的布局是主要的。
应总是将敏感的模块(RF部分和天线)阔别噪声模块(微掌握器和RS 232 驱动器)以避免滋扰。
(6)屏蔽RF旗子暗记对其他仿照部分的影响
如上所述,RF旗子暗记在发送时会对其他敏感仿照电路模块如ADC造成滋扰。大多数问题发生在较低的事情频段(如27MHz)以及高的功率输出水平。
用RF去耦电容(100pF)连接到地来去耦敏感点是一个好的设计习气。
(7)在板环形天线的特殊考虑
天线可以整体做在PCB上。比拟传统的鞭状天线,不仅节省空间和生产本钱,机构上也更稳固可靠。
老例中,环形天线(loop antenna)设计运用于相对较窄的带宽,这有助于抑制不须要的强旗子暗记以免滋扰吸收器。应把稳到环形天线(正如所有其他天线)可能收到由附近噪声旗子暗记线路容性耦合的噪声。
它会滋扰吸收器,也可能影响发送器的调制。因此在天线附近一定不要布数字旗子暗记线路,并建议在天线周围保持自由空间。靠近天线的任何物体都将构成调谐网络的一部分,而导致天线调谐偏离预想的频点,使收发辐射范围(间隔)减小。
对付所有的各种天线必须把稳这一事实,电路板的外壳(外围包装)也可能影响天线调谐。同时应把稳去除天线面积处的地线层面,否则天线不能有效事情。
(8)电路板的连接
如果用电缆将RF电路板连接到外部数字电路,应利用双绞线缆。每一根旗子暗记线必须和GND线双绞在一起(DIN/ GND , DOUT/ GND , CS/ GND , PWR _ UP/ GND)。
牢记将RF电路板和数字运用电路板用双绞线缆的GND线连接起来,线缆长度应只管即便短。给RF电路板供电的线路也必须与GND双绞(VDD/GND)。
4.结论
迅速发展的射频集成电路为从事无线数字音频、视频数据传输系统,无线遥控、遥测系统,无线数据采集系统,无线网络以及无线安全戒备系统等设计的工程技能职员办理无线运用的瓶颈供应了最大的可能。
同时,射频电路的设计又哀求设计者具有一定的实践履历和工程设计能力。本文是从业者在实际开拓中总结的履历分享,希望可以帮助浩瀚射频集成电路开拓者缩短开拓周期,避免走不必要的弯路,节省人力和财力。
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