RF电路寄生信号如何降低，这8条规则收藏好了

RF电路布局要想降低寄生信号，需要RF工程师发挥创造性。记住以下这八条规则，不但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。

1

流经所布线路的所有电流都有相等的回流。耦合策略固然很多，不过回流通常流经相邻的接地层或与信号线路并行布置的接地。在参考层继续时，所有耦合都仅限于传输线路，一切都非常正常。不过，如果信号线路从顶层切换至内部或底层时，回流也必须获得路径。

图1就是一个实例。顶层信号线路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。如果这种不必要的电流路径偏移，碰巧又同另一条线路交叉，那么干扰就会更严重。这种电流环路其实相当于形成了一个天线！

图1：信号电流从器件引脚经过通孔流到较低层。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。

接地参考是最佳策略，但高速线路有时候可布置在内部层上。接地参考层上下都放置非常困难，半导体厂商可能会受到引脚限制，把电源线安放在高速线路旁边。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。

2

许多器件在器件封装底部都采用散热接地焊盘。在RF器件上，这些通常都是电气接地，而相邻焊盘点有接地通孔阵列。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于引脚接地而言，路径更短、阻抗更低。

电路板与器件焊盘之间良好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摇摆。

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完全被钳住。

每个这些通孔都会在内接地层上产生大于通孔直径自身的禁入区，提供制造空隙。这些禁入区很容易在回流路径上造成中断。一些通孔彼此靠近则会形成接地层沟，顶层CAD视图看不见，这将导致情况进一步复杂化。

图2两个电源层通孔的接地层空隙可产生重叠的禁入区，并在返回路径上造成中断。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重叠，迫使回流远离信号路径。即便没有重叠，禁入区也会在接地层形成鼠咬阻抗中断。

甚至“友好型”接地通孔也会为相关金属焊盘带来电路板制造工艺要求的最小尺寸规格。通孔如果非常靠近信号线路，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是鼠咬示意图。

由于禁入区由CAD软件自动生成，通孔在系统电路板上的使用又很频繁，因此先期布局过程几乎总会出现一些返回路径中断问题。

布局评测时要跟踪每条高速线路，检查相关回流层以避免中断。让所有可在任何区域产生接地层干扰的通孔更靠近顶层接地空隙是一个不错的方法。

4

保持差分线路的差分性

回流路径对信号线路性能至关重要，其应视为信号路径的一部分。与此同时，差分对通常没有紧密耦合，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。

即便在差分对的两条线路不紧密耦合时，邻近与共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称的。

同样，长度是否匹配可能也会产生信号线路中的波形曲线问题。回流不会引起波形曲线问题。一条差分线路的长度匹配情况应在其它差分线路中体现。

5

RF信号线路附近没有时钟或控制线路

时钟和控制线路有时可视为没什么影响的邻居，因为其工作速度低，甚至接近DC。不过，其开关特性几乎接近方波，可在奇数谐波频率下生成独特的音调。

方波发射能源的基本频率虽然不会产生什么影响，但其锐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考虑的最高频率谐波，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。不过锐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下降并耦合在RF线路上，违反严格的传输掩模要求。

时钟和控制线路应由内部接地层或顶层接地灌流（ground pour）与RF信号线路隔离。如果不能使用接地隔离信号，那么线路布线应确保直角交叉。因为时钟或控制线路发射的磁通线路会围绕干扰源线路的电流形成放射柱形等高线，它们将不会在接收器线路中产生电流。

放慢上升时间不但可降低转折频率，而且还有助于减少干扰源的干扰，但时钟或控制线路也可充当接收器线路。接收器线路仍可作为将寄生信号导入器件的导管。

6

使用接地隔离高速线路

微波传输带与带线大多数都与相邻接地层耦合。一些通量线路仍沿水平方向散发，并端接于相邻迹线。一条高速线路或差分对上的音调在下一条迹线上终结，但信号层上的接地灌流会为通量线路带来较低阻抗的终点，让邻近迹线不受音调干扰。

时钟分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，因为干扰源音调已经存在于接收器线路上。不过，分组的线路最终会分散。

分散时，应在分散线路之间提供接地灌流，并在其开始分散的地方灌入通孔，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：差分线路分散处的顶层接地通孔为回流提供流动路径。

7

不要在噪声较大的电源层进行RF线路布线

音调进入电源层就会扩散到每个地方。如果杂散音调进入电源、缓冲器、混频器、衰减器和振荡器，就会对干扰频率进行调制。

同样，当电源到达电路板时，它还没有彻底被清空而实现对RF电路系统的驱动。应最大限度减少RF线路在电源层的暴露，特别是未过滤的电源层。

邻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。另一种方法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线路更容易彻底避开电源层。

这两种方法都可行，不过决不能将二者的最差特性凑在一起，也就是既使用小型电源层，又在顶部走线RF线路。

8

让去耦靠近器件

去耦不仅有助于避免杂散噪声进入器件，还可帮助消除器件内部生成的音调，避免其耦合到电源层上。去耦电容越靠近工作电路系统，效率就越高。本地去耦受电路板迹线的寄生阻抗干扰较小，较短的迹线支持较小的天线，减少有害音调发射。

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、最靠近器件，以及越大的电容器，离器件越远。在RF频率下，电路板背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。

9

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音调的结构。要跟踪每一条线路，有意识地明确其回流路径，确保它能够与线路并行，特别是要彻底检查过渡。

此外，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降低寄生信号，可加速产品发布，降低调试成本。

干货 射频电路PCB设计处理技巧

如何在PCB的设计过程中，权衡利弊寻求一个合适的折中点，尽可能地减少这些干扰，甚至能够避免部分电路的干涉，是射频电路PCB设计成败的关键。本文从PCB的LAYOUT角度，提供了一些处理的技巧，对提高射频电路的抗干扰能力有较大的用处。

由于射频(RF)电路为分布参数电路，在电路的实际工作中容易产生趋肤效应和耦合效应，所以在实际的PCB设计中，会发现电路中的干扰辐射难以控制，如：数字电路和模拟电路之间相互干扰、供电电源的噪声干扰、地线不合理带来的干扰等问题。正因为如此，如何在PCB的设计过程中，权衡利弊寻求一个合适的折中点，尽可能地减少这些干扰，甚至能够避免部分电路的干涉，是射频电路PCB设计成败的关键。文中从PCB的LAYOUT角度，提供了一些处理的技巧，对提高射频电路的抗干扰能力有较大的用处。

1、RF布局

这里讨论的主要是多层板的元器件位置布局。元器件位置布局的关键是固定位于RF路径上的元器件，通过调整其方向，使RF路径的长度最小，并使输入远离输出，尽可能远地分离高功率电路和低功率电路，敏感的模拟信号远离高速数字信号和RF信号。

在布局中常采用以下一些技巧。

1.1 一字形布局

RF主信号的元器件尽可能采用一字形布局，如图1所示。但是由于PCB板和腔体空间的限制，很多时候不能布成一字形，这时候可采用L形，最好不要采用U字形布局(如图2所示)，有时候实在避免不了的情况下，尽可能拉大输入和输出之间的距离，至少1.5cm以上。

图1 一字形布局

图2 L形和U字形布局

另外在采用L形或U字形布局时，转折点最好不要刚进入接口就转，如图3左所示，而是在稍微有段直线以后再转，如图3右图所示。

图3 两种方案

1.2 相同或对称布局

相同的模块尽可能做成相同的布局或对称的布局，如图4、图5所示。

图4 相同布局

图5 对称布局

1.3 十字形布局

偏置电路的馈电电感与RF通道垂直放置，如图6所示，主要是为了避免感性器件之间的互感。

图6 十字形布局

1.4 45度布局

为合理的利用空间，可以将器件45度方向布局，使射频线尽可能短，如图7所示。

图7 45度布局

2、RF布线

布线的总体要求是：RF信号走线短且直，减少线的突变，少打过孔，不与其它信号线相交，RF信号线周边尽量多加地过孔。

以下是一些常用的优化方式：

2.1 渐变线处理

在射频线宽比IC器件管脚的宽度大比较多的情况下，接触芯片的线宽采用渐变方式，如图8所示。

图8 渐变线

2.2 圆弧线处理

射频线不能直的情况下，作圆弧线处理，这样可以减少RF信号对外的辐射和相互问的耦合。有实验证明，传输线的拐角采用变曲的直角，能最大限度的降低回损。如图9所示。

图9 圆弧线

2.3 地线和电源

地线尽可能粗。在有条件的情况下，PCB的每一层都尽可能的铺地，并使地连到主地上，多打地过孔，尽量降低地线阻抗。

RF电路的电源尽量不要采用平面分割，整块的电源平面不但增加了电源平面对RF信号的辐射，而且也容易被RF信号的干扰。所以电源线或平面一般采用长条形状，根据电流的大小进行处理，在满足电流能力的前提下尽可能粗，但是又不能无限制的增宽。在处理电源线的时候，一定要避免形成环路。

电源线和地线的方向要与RF信号的方向保持平行但不能重叠，在有交叉的地方最好采用垂直十字交叉的方式。

2.4 十字交叉处理

RF信号与IF信号走线十字交叉，并尽可能在他们之间隔一块地。

RF信号与其他信号走线交叉时，尽量在它们之间沿着RF走线布置一层与主地相连的地。如果不可能，一定要保证它们是十字交叉的。这里的其他信号走线也包括电源线。

2.5 包地处理

对射频信号、干扰源、敏感信号及其他重要信号进行包地处理，这样既可以提高该信号的抗干扰能力，也可以减少该信号对其他信号的干扰。如图10所示。

图10 包地处理

2.6 铜箔处理

铜箔处理要求圆滑平整，不允许有长线或尖角，若不能避免，则在尖角、细长铜箔或铜箔的边缘处补几个地过孔。

2.7 间距处理

射频线离相邻地平面边缘至少要有3W的宽度，且3W范围内不得有非接地过孔。

图11 间距

同层的射频线要作包地处理，并在地铜皮上加地过孔，孔间距应小于信号频率所对应波长(λ)的1／20，均匀排列整齐。包地铜皮边缘离射频线2W的宽度或3H的高度，H表示相邻介质层的总厚度。

3、腔体处理

对整个RF电路，应把不同模块的射频单元用腔体隔离，特别是敏感电路和强烈辐射源之间，在大功率的多级放大器中，也应保证级与级之间的隔离。整个电路支流放置好后，就是对屏蔽腔的处理，屏蔽腔体的处理有以下注意事项：

整个屏蔽腔体尽量做成规则形状，便于铸模。对于每一个屏蔽腔尽量做成长方形，避免正方形的屏蔽腔。

屏蔽腔的转角采用弧形，屏蔽金属腔体一般采用铸造成型，弧形的拐角便于铸造成型时候拔模。如图12所示。

图12 腔体

屏蔽腔体的周边是密封的，接口的线引入腔体一般采用带状线或微带线，而腔体内部不同模块采用微带线，不同腔体相连处采用开槽处理，开槽的宽度为3mm，微带线走在正中间。

腔体的拐角放置3mm的金属化孔，用来固定屏蔽壳，在每支长的腔体上也要均匀放置同等的金属化孔，用来加固支撑作用。

腔体一般做开窗处理，便于焊接屏蔽壳，腔体上一般厚2 mm以上，腔体上加2排开窗过孔屏，过孔相互错开，同一排过孔之间间距150MIL。

4、结束语

射频电路PCB设计成败的关键在于如何减少电路辐射，从而提高抗干扰能力，但是在实际的布局与布线中一些问题的处理是相冲突的，因此如何寻求一个折中点，使整个射频电路的综合性能达到最优，是设计者必须要考虑的问题。所有这些都要求设计者具有一定的实践经验和工程设计能力，但是要具备这些能力，每一个设计者都不可能一蹴而就的，只有从其他人那里借鉴经验，加上自己的不停摸索和思考，才能不断进步。本文总结工作中的一些设计经验，有利于提高射频电路PCB的抗干扰能力，帮助射频电路设计初学者少走不必要的弯路。

PCB射频电路四大基础特性

此处将从射频界面、小的期望信号、大的干扰信号、相邻频道的干扰四个方面解读射频电路四大基础特性，并给出了在PCB设计过程中需要特别注意的重要因素。

射频电路仿真之射频的界面

无线发射器和接收器在概念上，可分为基频与射频两个部份。基频包含发射器的输入信号之频率范围，也包含接收器的输出信号之频率范围。基频的频宽决定了数据在系统中可流动的基本速率。基频是用来改善数据流的可靠度，并在特定的数据传输率之下，减少发射器施加在传输媒介（transmission medium）的负荷。因此，PCB设计基频电路时，需要大量的信号处理工程知识。发射器的射频电路能将已处理过的基频信号转换、升频至指定的频道中，并将此信号注入至传输媒体中。相反的，接收器的射频电路能自传输媒体中取得信号，并转换、降频成基频。

发射器有两个主要的PCB设计目标：第一是它们必须尽可能在消耗最少功率的情况下，发射特定的功率。第二是它们不能干扰相邻频道内的收发机之正常运作。就接收器而言，有三个主要的PCB设计目标：首先，它们必须准确地还原小信号；第二，它们必须能去除期望频道以外的干扰信号；最后一点与发射器一样，它们消耗的功率必须很小。

射频电路仿真之大的干扰信号

接收器必须对小的信号很灵敏，即使有大的干扰信号（阻挡物）存在时。这种情况出现在尝试接收一个微弱或远距的发射信号，而其附近有强大的发射器在相邻频道中广播。干扰信号可能比期待信号大60~70 dB，且可以在接收器的输入阶段以大量覆盖的方式，或使接收器在输入阶段产生过多的噪声量，来阻断正常信号的接收。如果接收器在输入阶段，被干扰源驱使进入非线性的区域，上述的那两个问题就会发生。为避免这些问题，接收器的前端必须是非常线性的。

因此，“线性”也是PCB设计接收器时的一个重要考虑因素。由于接收器是窄频电路，所以非线性是以测量“交调失真（intermodulation distortion）”来统计的。这牵涉到利用两个频率相近，并位于中心频带内（in band）的正弦波或余弦波来驱动输入信号，然后再测量其交互调变的乘积。大体而言，SPICE是一种耗时耗成本的仿真软件，因为它必须执行许多次的循环运算以后，才能得到所需要的频率分辨率，以了解失真的情形。

射频电路仿真之小的期望信号

接收器必须很灵敏地侦测到小的输入信号。一般而言，接收器的输入功率可以小到1 μV。接收器的灵敏度被它的输入电路所产生的噪声所限制。因此，噪声是PCB设计接收器时的一个重要考虑因素。而且，具备以仿真工具来预测噪声的能力是不可或缺的。附图一是一个典型的超外差（superheterodyne）接收器。接收到的信号先经过滤波，再以低噪声放大器（LNA）将输入信号放大。然后利用第一个本地振荡器（LO）与此信号混合，以使此信号转换成中频（IF）。前端（front-end）电路的噪声效能主要取决于LNA、混合器（mixer）和LO。虽然使用传统的SPICE噪声分析，可以寻找到LNA的噪声，但对于混合器和LO而言，它却是无用的，因为在这些区块中的噪声，会被很大的LO信号严重地影响。

小的输入信号要求接收器必须具有极大的放大功能，通常需要120 dB这么高的增益。在这么高的增益下，任何自输出端耦合（couple）回到输入端的信号都可能产生问题。使用超外差接收器架构的重要原因是，它可以将增益分布在数个频率里，以减少耦合的机率。这也使得第一个LO的频率与输入信号的频率不同，可以防止大的干扰信号“污染”到小的输入信号。

因为不同的理由，在一些无线通讯系统中，直接转换（direct conversion）或内差（homodyne）架构可以取代超外差架构。在此架构中，射频输入信号是在单一步骤下直接转换成基频，因此，大部份的增益都在基频中，而且LO与输入信号的频率相同。在这种情况下，必须了解少量耦合的影响力，并且必须建立起“杂散信号路径（stray signal path）”的详细模型，譬如：穿过基板（substrate）的耦合、封装脚位与焊线（bondwire）之间的耦合、和穿过电源线的耦合。

射频电路仿真之相邻频道的干扰

失真也在发射器中扮演着重要的角色。发射器在输出电路所产生的非线性，可能使传送信号的频宽散布于相邻的频道中。这种现象称为“频谱的再成长（spectral regrowth）”。在信号到达发射器的功率放大器（PA）之前，其频宽被限制着；但在PA内的“交调失真”会导致频宽再次增加。如果频宽增加的太多，发射器将无法符合其相邻频道的功率要求。当传送数字调变信号时，实际上，是无法用SPICE来预测频谱的再成长。因为大约有1000个数字符号（symbol）的传送作业必须被仿真，以求得代表性的频谱，并且还需要结合高频率的载波，这些将使SPICE的瞬态分析变得不切实际。

来源：网络

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