PCB布局陷阱都有哪些？

工业、科学和医疗射频产品的无数应用案例表明，这些产品的PCB布局很容易出现各种缺陷。人们时常发现相同IC安装到两块不同电路板上，所表现的性能指标会有显著差异。工作条件、谐波辐射、抗干扰能力，以及启动时间等等诸多因素的变化，都能说明电路板布局在一款成功设计中的重要性。

就以FR-4电介质、厚度0.0625in的双层PCB为例，电路板底层接地。工作频率介于315MHz到915MHz之间的不同频段，Tx和Rx功率介于-120dBm至+13dBm之间。因为大多数问题都是源于少数几个常见原因，可以对此逐一解决。

电感方向

当两个电感或者是两条PCB走线彼此靠近时，将会产生互感。第一个电路中的电流所产生的磁场会对第二个电路中的电流产生激励。这一过程与变压器初级、次级线圈之间的相互影响类似。当两个电流通过磁场相互作用时，所产生的电压由互感由LM决定。对此应遵循：电感间距应尽可能远；电感排列方向成直角，使电感之间的串扰降至最小的原则。

引线耦合

就像电感排列方向会影响磁场耦合一样，如果引线彼此过于靠近，也会影响耦合。这种布局问题也会产生所谓的互感。RF电路最关心问题之一即为系统敏感部件的走线，例如输入匹配网络、接收器的谐振槽路、发送器的天线匹配网络等。

返回电流通路须尽可能靠近主电流通道，将辐射磁场降至最小。这种布局有助于减小电流环路面积。返回电流的理想低阻通路通常是引线下方的接地区域—将环路面积有效限制在电介质厚度乘以引线长度的区域。但是，如果接地区域被分割开，则会增大环路面积。对于穿过分割区域的引线，返回电流将被强制通过高阻通路，大大提高了电流环路面积。这种布局还会使电路引线更容易受互感的影响。对于一个实际电感，引线方向对磁场耦合的影响同样很大。对此应遵循：引线下方应保证完整接地；敏感引线应垂直排列；如果引线必须平行排列，须确保足够的间距或采用保护线的原则。

接地过孔

RF电路布局的主要问题通常是电路的特征阻抗不理想，包括电路元件及其互联。引线覆铜层较薄，则等效于电感线，并与邻近的其它引线形成分布电容。引线穿过过孔时，也会表现出电感和电容特性。

过孔电容主要源于过孔焊盘侧的覆铜与地层覆铜之间构成的电容，它们之间由一个相当小的圆环隔开。另外一个影响源于金属过孔本身的圆柱。寄生电容的影响一般较小，通常只会造成高速数字信号的边沿变差。

过孔的最大影响是相应的互联方式所引起的寄生电感。因为RF PCB设计中，大多数金属过孔尺寸与集总元件的尺寸相同，可利用简单的公式估算电路过孔的影响。对此应遵循：确保对敏感区域的过孔电感建模；滤波器或匹配网络采用独立过孔；注意，较薄的PCB覆铜会降低过孔寄生电感的影响。

引线长度

Maxim ISM-RF产品的数据资料往往建议使用尽可能短的高频输入、输出引线，从而将损耗和辐射降至最小。另一方面，这种损耗通常是由于非理想寄生参数引起的，所以寄生电感和电容都会影响电路布局，使用尽可能短的引线有助于降低寄生参数。通常情况下，10 mil宽、距离地层0.0625in的PCB引线，如果采用的是FR4电路板，则产生大约19nH/in的电感和大约1pF/in的分布电容。对于具有 20nH电感、3pF电容的LAN/混频器电路，电路、元器件布局非常紧凑时，会对有效元件值造成很大影响。对此应遵循：保持引线长度尽可能短；关键电路尽量靠近器件放置；根据实际布局寄生效应对关键元件进行补偿的原则。

接地与填充处理

接地或电源层定义了一个公共参考电压，通过低阻通路为系统的所有部件供电。按照这种方式均衡所有电场，产生良好的屏蔽机制。

直流电流总是倾向于沿着低阻通路流通。同理，高频电流也是优先流过最低电阻的通路。由此，对于地层上方的标准PCB微带线，返回电流试图流入引线正下方的接地区域。按照上述引线耦合部分所述，割断的接地区域会引入各种噪声，进而通过磁场耦合或汇聚电流而增大串扰。最后，确保考虑天线附近任何接地区域的影响。对此应遵循：尽量提供连续、低阻的接地区域；填充线的两端接地，并尽量采用过孔阵列；RF电路附近不要将覆铜线浮空，RF电路周围不要铺设铜皮；如果电路板包括多个地层，信号线从一侧过度另一侧时，最好铺设一个接地过孔的原则。

晶体电容过大

寄生电容会使晶振的工作频率偏离目标值9。因此，须遵循一些常规准则，降低晶体引脚、焊盘、走线或与RF器件连接的杂散电容。由此应遵循：晶体与RF器件之间的连线尽可能短；相互之间的走线尽可能保持隔离；如果并联寄生电容太大，则去除晶体下方的接地区域的原则。

平面走线电感

不太建议使用平面走线或PCB螺旋电感，典型PCB制造工艺具有一定的不精确性，比如宽度、空间容差，从而对元件值精度影响非常大。所以，大多数受控和高Q值电感均为绕线式。其次，可以选择多层陶瓷电感，多层片式电容厂商也提供这种产品。尽管如此，有些设计者还是在不得已的情况下选择了螺线电感。避免使用这种电感的原因有很多，它们通常受空间限制而导致电感值减小。避免使用平面电感的主要原因是受限制的几何尺寸，以及对临界尺寸的控制较差，从而无法预测电感值。而且PCB生产过程中很难控制实际电感值，电感还会将噪声耦合到电路的其它部分的趋向。所以PCB生产过程中应避免使用平面走线电感和尽量使用绕线片式电感。

常见的PCB布局陷阱会造成ISM-RF设计问题。所以，只要注意了电路的非理想特性，就完全可避免这些缺陷。