射频集成电路的设计难点

RF电路设计的常见问题

1.数字电路模块和模拟电路模块之间的干扰

如果模拟电路(射频)和数字电路单独工作，可能各自工作良好。但是，一旦将二者放在同一块电路板上，使用同一个电源一起工作，整个系统很可能就不稳定。这主要是因为数字信号频繁地在地和正电源(》3 V)之间摆动，而且周期特别短，常常是纳秒级的。由于较大的振幅和较短的切换时间。使得这些数字信号包含大量且独立于切换频率的高频成分。在模拟部分，从无线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于lμV。因此数字信号与射频信号之间的差别会达到120 dB。显然，如果不能使数字信号与射频信号很好地分离。微弱的射频信号可能遭到破坏，这样一来，无线设备工作性能就会恶化，甚至完全不能工作。

2. 供电电源的噪声干扰

射频电路对于电源噪声相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。微控制器会在每个内部时钟周期内短时间突然吸人大部分电流，这是由于现代微控制器都采用CMOS工艺制造。因此，假设一个微控制器以lMHz的内部时钟频率运行，它将以此频率从电源提取电流。如果不采取合适的电源去耦，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，严重时可能导致工作失效。

3. 天线对其他模拟电路部分的辐射干扰

在PCB电路设计中，板上通常还有其他模拟电路。例如，许多电路上都有模，数转换(ADC)或数/模转换器(DAC)。射频发送器的天线发出的高频信号可能会到达ADC的模拟输入端。因为任何电路线路都可能如天线一样发出或接收RF信号。如果ADC输入端的处理不合理，RF信号可能在ADC输入的 ESD二极管内自激。从而引起ADC偏差。

RF电路设计原则及方案

1.RF布局概念

在设计RF布局时，必须优先满足以下几个总原则：

尽可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来，简单地说，就是让高功率RF发射电路远离低功率RF接收电路：

确保PCB板上高功率区至少有一整块地，最好上面没有过孔，当然，铜箔面积越大越好;

电路和电源去耦同样也极为重要;

RF输出通常需要远离RF输入;

敏感的模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和RF信号。

2. 物理分区和电气分区设计原则

设计分区可以分解为物理分区和电气分区。物理分区主要涉及元器件布局、方向和屏蔽等;电气分区可以继续分解为电源分配、RF走线、敏感电路和信号以及接地等的分区。

3.物理分区原则

元器件位置布局原则。元器件布局是实现一个优秀RF设计的关键。最有效的技术是首先固定位于RF路径上的元器件并调整其方向，以便将RF路径的长度减到最小，使输入远离输出。并尽可能远地分离高功率电路和低功率电路。

PCB堆叠设计原则。最有效的电路板堆叠方法是将主接地面(主地)安排在表层下的第二层，并尽可能将RF线布置在表层上。将RF路径上的过孔尺寸减到最小，这不仅可以减少路径电感，而且还可以减少主地上的虚焊点，并可减少RF能量泄漏到层叠板内其他区域的机会。

射频器件及其RF布线布局原则。在物理空间上，像多级放大器这样的线性电路通常足以将多个RF区之间相互隔离开来，但是双工器、混频器和中频放大器/混频器总是有多个RF/IF信号相互干扰.因此必须小心地将这一影响减到最小。RF与IF迹线应尽可能十字交叉，并尽可能在它们之间隔一块地。正确的RF路径对整块PCB的性能非常重要，这就是元器件布局通常在蜂窝电话PCB设计中占大部分时间的原因。

降低高/低功率器件干扰耦合的设计原则。在蜂窝电话PCB上，通常可以将低噪音放大器电路放在PCB的某一面，而将高功率放大器放在另一面，并最终通过双工器把它们在同一面上连接到RF端和基带处理器端的天线上。要用技巧来确保通孔不会把RF能量从板的一面传递到另一面，常用的技术是在二面都使用盲孔。可以通过将通孔安排在PCB板二面都不受RF干扰的区域来将通孔的不利影响减到最小。

射频电路的设计要求设计者具有一定的实践经验和工程设计能力。本文总结的一些经验可以帮助射频集成电路开发者缩短开发周期.避免走不必要的弯路，节省人力物力。

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