八条规则助你降低RF电路寄生信号
> 八条规则助你降低RF电路寄生信号     2018-08-14

 RF电路布局要想下降寄生信号,需要RF工程师施展创造性。记住下列这八条规则,不仅有助于加速产品上市进程,而且还可提高工作日程的可预见性。

  规则1:接地通孔应位于接地参考层开关处

  流经所布路线的所有电流都有相等的回流。耦合策略当然很多,不过回流通常流经相邻的接地层或与信号路线并行布置的接地。在参考层继续时,所有耦合都仅限于传输路线,一切都无比正常。不过,如果信号路线从顶层切换至内部或底层时,回流也必须获患上路径。

  图1就是一个实例。顶层信号路线电流下面紧挨着就是回流。当它转移到底层时,回流就通过附近的通孔。不过,如果附近没有用于回流的通孔时,回流就要通过最近可用的接地通孔。更远的距离会产生电流环路,形成电感器。如果这类没必要要的电流路径偏移,碰巧又同另一条路线交叉,那末干扰就会更严重。这类电流环路其实至关于形成为了一个天线!

图1:信号电流从器件引脚经过通孔流到较低层

 图1:信号电流从器件引脚经过通孔流到较低层。回流在被迫流向最近通孔改变至不同参考层之前位于信号之下。

  接地参考是最好策略,但高速路线有时候可布置在内部层上。接地参考层上下都放置无比难题,半导体厂商可能会遭到引脚限制,把电源线安放在高速路线旁边。参考电流要是需要在非DC耦合的各层或各网之间切换,应紧挨着开关点安放去耦电容。

  规则2:将器件焊盘与顶层接地连接起来

  许多器件在器件封装底部都采取散热接地焊盘。在RF器件上,这些通常都是电气接地,而相邻焊清点有接地通孔阵列。可将器件焊盘直接连接至接地引脚,并通过顶层接地连接至任何灌铜。如有多个路径,回流会按路径阻抗比例拆分。通过焊盘进行接地连接相对引脚接地而言,路径更短、阻抗更低。

  电路板与器件焊盘之间优良的电气连接至关重要。装配时,电路板通孔阵列中的未填充通孔也可能会抽走器件的焊膏,留下空隙。填满通孔是保证焊接到位的好办法。在评测中,还要打开焊接掩模层确认没有焊接掩模在器件下方的电路板接地上,因为焊接掩模可能会抬高器件或使其扭捏。

  规则3:无参考层间隙

  器件周边到处都是通孔。电源网分解成本地去耦,然后降至电源层,通常提供多个通孔以最大限度减少电感,提高载流容量,同时控制总线可降至内层。所有这些分解最终都会在器件附近彻底被钳住。

  每一个这些通孔都会在内接地层上产生大于通孔直径本身的禁入区,提供制造空隙。这些禁入区很容易在回流路径上造成中止。一些通孔彼此挨近则会形成接地层沟,顶层CAD视图看不见,这将致使情况进一步繁杂化。图2两个电源层通孔的接地层空隙可产生堆叠的禁入区,并在返回路径上造成中止。回流只能转道绕过接地层禁入区,形成现在常见的发射感应路径问题。

图2:通孔周围接地层的禁入区可能堆叠,迫使回流远离信号路径

图2:通孔周围接地层的禁入区可能堆叠,迫使回流远离信号路径。即使没有堆叠,禁入区也会在接地层形成鼠咬阻抗中止。

  甚至“友好型”接地通孔也会为相干金属焊盘带来电路板制造工艺要求的最小尺寸规格。通孔如果无比挨近信号路线,就会产生好像顶层接地空隙被老鼠咬掉一块一样的侵蚀。图2是鼠咬示用意。

  因为禁入区由CAD软件自动生成,通孔在系统电路板上的使用又很频繁,因此先期布局进程几近总会呈现一些返回路径中止问题。布局评测时要跟踪每一条高速路线,检查相干回流层以防止中止。让所有可在任何区域产生接地层干扰的通孔更挨近顶层接地空隙是一个不错的法子。

  规则4:保持差分路线的差分性

  回流路径对于信号路线机能至关重要,其应视为信号路径的一部份。与此同时,差分对于通常没有紧密耦合,回流可能流经相邻层。两个回流必须通过相等的电气路径布线。

  即使在差分对于的两条路线不紧密耦合时,临近与同享型设计限制也会让回流处于相同层。要真正保持低寄生信号,需要更好的匹配。差分组件下接地层的断流器等任何计划结构都应是对于称的。一样,长度是否匹配可能也会产生信号路线中的波形曲线问题。回流不会引起波形曲线问题。一条差分路线的长度匹配情况应在其它差分路线中体现。

  规则5:RF信号路线附近没有时钟或控制路线

  时钟和控制路线有时可视为没甚么影响的邻居,因为其工作速度低,甚至接近DC。不过,其开关特性几近接近方波,可在奇数谐波频率下生成独特的声调。方波发射能源的基本频率尽管不会产生甚么影响,但其锋利的边缘可能会有影响。在数字系统设计中,转折频率可估算必须要斟酌的最高频率谐波,计算方式为:Fknee=0.5/Tr,这里的Tr是上升时间。请注意,是上升时间,而不是信号频率。不过锋利边缘的方波也有强大的高阶奇数谐波,其可能只在错误频率下降落并耦合在RF路线上,违反严格的传输掩模要求。

  时钟和控制路线应由内部接地层或顶层接地灌流(ground pour)与RF信号路线隔离。如果不能使用接地隔离信号,那末路线布线应确保直角交叉。因为时钟或控制路线发射的磁通路线会缭绕干扰源路线的电流形成放射柱形等高线,它们将不会在接收器路线中产生电流。放慢上升时间不仅可下降转折频率,而且还有助于减少干扰源的干扰,但时钟或控制路线也可充当接收器路线。接收器路线仍可作为将寄生信号导入器件的导管。

  规则6:使用接地隔离高速路线

  微波传输带与带线大多数都与相邻接地层耦合。一些通量路线仍沿水平方向散发,并端接于相邻迹线。一条高速路线或差分对于上的声调在下一条迹线上终结,但信号层上的接地灌流会为通量路线带来较低阻抗的终点,让临近迹线不受声调干扰。

  时钟散布或合成器设备路由出来、用于承载相同频率的迹线集群可能相邻而行,因为干扰源声调已经经存在于接收器路线上。不过,分组的路线最终会分散。分散时,应在分散路线之间提供接地灌流,并在其开始分散之处灌入通孔,以便感应回流沿着额定回流路径流回。在图3中,接地岛末端的通孔可使感应电流流到参考层上。接地灌流上其它通孔之间的间隔不要超过一个波长的十分之一,以确保接地不会成为共振结构。

图3:差分路线分散处的顶层接地通孔为回流提供活动路径

图3:差分路线分散处的顶层接地通孔为回流提供活动路径。

  规则7:不要在噪声较大的电源层进行RF路线布线

  声调进入电源层就会分散到每一个地方。如果杂散声调进入电源、缓冲器、混频器、衰减器和振荡器,就会对于干扰频率进行调制。一样,当电源到达电路板时,它还没有彻底被清空而实现对于RF电路系统的驱动。应最大限度减少RF路线在电源层的暴露,特别是未过滤的电源层。

  临近接地的大型电源层可创建高质量嵌入式电容,使寄生信号衰减,并用于数字通信系统与某些RF系统。另一种法子是使用最小化电源层,有时更像是肥大迹线而不能说是层,这样RF路线更易彻底避开电源层。这两种法子都可行,不过决不能将两者的最差特性凑在一块儿,也就是既使用小型电源层,又在顶部走线RF路线。

       规则8:让去耦挨近器件

  去耦不仅有助于防止杂散噪声进入器件,还可帮助消除器件内部生成的声调,防止其耦合到电源层上。去耦电容越挨近工作电路系统,效力就越高。本地去耦受电路板迹线的寄生阻抗干扰较小,较短的迹线支撑较小的天线,减少有害声调发射。电容器安放要结合最高自共振频率,通常最小值、最小外壳尺寸、最挨近器件,和越大的电容器,离器件越远。在RF频率下,电路板违面的电容器会产生通孔串连接地路径的寄生电感,损失大量噪声衰减优势。

  总结
  通过电路板布局评测,我们可发现可能发射或接收杂散RF声调的结构。要跟踪每一一条路线,有意识地明确其回流路径,确保它能够与路线并行,特别是要彻底检查过渡。另外,还要将潜在干扰源与接收器隔离。按照一些简单直观的规则下降寄生信号,可加速产品发布,下降调试成本。

 

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