干货｜射频电路设计要点

1、射频电路中元器件封装的注意事项

成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中每个步骤及每个细节，这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划，并对每个设计步骤的进展进行全面持续的评估。而这种细致的设计技巧正是国内大多数电子企业文化所欠缺的。

近几年来，由于蓝牙设备、无线局域网络(WLAN)设备，和移动电话的需求与成长，促使业者越来越关注RF电路设计的技巧。从过去到现在，RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样，一直是工程师们最难掌控的部份，甚至是梦魇。若想要一次就设计成功，必须事先仔细规划和注重细节才能奏效。

射频(RF)电路板设计由于在理论上还有很多不确定性，因此常被形容为一种「黑色艺术」(black art) 。但这只是一种以偏盖全的观点，RF电路板设计还是有许多可以遵循的法则。不过，在实际设计时，真正实用的技巧是当这些法则因各种限制而无法实施时，如何对它们进行折衷处理。重要的RF设计课题包括：阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板、波长和谐波...等。

在 WiFi 产品的开发过程中，射频电路的布线（RF Circuit Layout Guide）是极为关键的一个过程。很多时候，我们可能在原理上已经设计的很完善，但是在实际的制板，上件过后发现很不理想，实际上这些都是布线（Layout）做的不够完善的原因。本文将以一个无线网卡的布线实例及本人的一点工作经验为大家讲解一下射频电路在布线中应该注意的一些问题。

电路板的叠构（PCB Stack Up）

在进行布线之前，我们首先要确定电路板的叠构，就像盖房子要先有房子的墙壁。电路板的叠构的确定与电路设计的复杂度，电磁兼容的考虑等很多因素有关。下图给出了四层板，六层板和八层板的常用叠构方式。

在无线网卡的PCB叠构中，基本上不会出现单面板的情况，所以本文也不会对单面板的情况加以讨论。两层板设计中应该注意的问题。

在四层板的设计中，我们一般会将第二层作为完整的地平面，同时，也会把重要的信号线走在顶层（当然包括射频走线），以便于很好的控制阻抗。在六层板或者更多层板的设计中，我们同样会将第二层作为完整的地平面，然后在顶层走最重要的信号线。

PS：可以使用Polar计算单端阻抗与阻抗等，有些Layout软件自身就集成了阻抗计算器，如Allegro。

阻抗控制

在我们进行原理设计与仿真之后，在Layout中很值得注意的一件事情就是阻抗控制。众所周知，我们应该尽量保证走线的特征是50欧姆，这主要和线宽有关，在本实例中，是两层半，在Polar中采用Surface Coplanar Line模型进行阻抗的计算，我们可以得到一组比较理想的值：Height(H)=39.6mil,Track(W)=30mil,Track(W1)=30mil,Thickness=1OZ=1.4mil, Separation(S)=7mil, Dielectric(Er)=4.2，对应的特征阻抗是52.14欧姆，符合要求。如下图中高亮的线就是这样的一条射频走线。

射频元器件的摆放

相信做过射频设计的人都应该知道，我们应该尽可能的使走线的长度较短，元器件摆放的越紧凑越好（特殊要求除外），同时，也会尽可能的保证元器件的摆放对布线很有利（不要使走线绕来绕去的）。如下图，是射频功率放大器（PA，Power Amplifier）的周围器件的摆放，我们看到，元器件之间的距离很小。

射频走线应该注意的问题

如前所述，射频走线的长度要尽量短，线宽严格按照计算好的值去设定。在走线是尤其要注意的是，射频走线中不要有任何带有尖状的折点，在走线的转折处，最好要用弧线来实现，如下图

其次，在多层板的走线中，有可能重要的射频线要产生不可避免的交叉，这时我们就要使用我们最不想使用的东西：过孔。这样，会有部分射频信号线走到底层甚至中间层，但无论是哪一层，射频走线一定会有参考平面，这时一个值得注意的问题就是不要跨层，或者说不要使地平面不连续。

过孔的放置

过孔的放置真的是一件比较复杂的事情，本文只讨论那种接地的过孔。

首先，射频走线的旁边的地线最好能通过过孔打穿，接到底层或者中间层的地平面上，这样可以是任何干扰信号或者辐射有最短的到地的通路，但是，过孔与射频信号线的距离又不能太近，否则会严重影响射频信号质量，在实际的设计过程中可灵活把握，如下图，我们看到，高亮的信号线两层分布着很多过孔。

其次，在面积较大的地平面处，我们通常会放置很多的过孔用于连接不同层的地。这在射频电路的布线中，要注意的就是大过孔要没有规律的打，最好能弄成菱形的，这样可以最大限度的抑制各种干扰。

2、射频电路电源设计注意事项

（1）电源线是EMI 出入电路的重要途径。通过电源线，外界的干扰可以传入内部电路，影响RF电路指标。为了减少电磁辐射和耦合，要求DC-DC模块的一次侧、二次侧、负载侧环路面积最小。电源电路不管形式有多复杂，其大电流环路都要尽可能小。电源线和地线总是要很近放置。

(2)如果电路中使用了开关电源，开关电源的外围器件布局要符合各功率回流路径最短的原则。滤波电容要靠近开关电源相关引脚。使用共模电感，靠近开关电源模块。

（3）单板上长距离的电源线不能同时接近或穿过级联放大器（增益大于45dB）的输出和输入端附近。避免电源线成为RF信号传输途径，可能引起自激或降低扇区隔离度。长距离电源线的两端都需要加上高频滤波电容，甚至中间也加高频滤波电容。

（4）RF PCB的电源入口处组合并联三个滤波电容，利用这三种电容的各自优点分别滤除电源线上的低、中、高频。例如：10uf，0.1uf，100pf。并且按照从大到小的顺序依次靠近电源的输入管脚。

（5）用同一组电源给小信号级联放大器馈电，应当先从末级开始，依次向前级供电，使末级电路产生的EMI 对前级的影响较小。且每一级的电源滤波至少有两个电容：0.1uf，100pf。当信号频率高于1GHz时，要增加10pf滤波电容。

（6）常用到小功率电子滤波器，滤波电容要靠近三极管管脚，高频滤波电容更靠近管脚。三极管选用截止频率较低的。如果电子滤波器中的三极管是高频管，工作在放大区，外围器件布局又不合理，在电源输出端很容易产生高频振荡。线性稳压模块也可能存在同样的问题，原因是芯片内存在反馈回路，且内部三极管工作在放大区。在布局时要求高频滤波电容靠近管脚，减小分布电感，破坏振荡条件。

（7）PCB的POWER部分的铜箔尺寸符合其流过的最大电流，并考虑余量（一般参考为1A/mm线宽）。

（8）电源线的输入输出不能交叉。

(9)注意电源退耦、滤波，防止不同单元通过电源线产生干扰，电源布线时电源线之间应相互隔离。电源线与其它强干扰线（如CLK）用地线隔离。

（10）小信号放大器的电源布线需要地铜皮及接地过孔隔离，避免其它EMI干扰窜入，进而恶化本级信号质量。

（11）不同电源层在空间上要避免重叠。主要是为了减少不同电源之间的干扰，特别是一些电压相差很大的电源之间，电源平面的重叠问题一定要设法避免，难以避免时可考虑中间隔地层。

（12）PCB板层分配便于简化后续的布线处理，对于一个四层PCB板(WLAN中常用的电路板)，在大多数应用中用电路板的顶层放置元器件和RF引线，第二层作为系统地，电源部分放置在第三层，任何信号线都可以分布在第四层。

第二层采用连续的地平面布局对于建立阻抗受控的RF信号通路非常必要，它还便于获得尽可能短的地环路，为第一层和第三层提供高度的电气隔离，使得两层之间的耦合最小。当然，也可以采用其它板层定义的方式(特别是在电路板具有不同的层数时)，但上述结构是经过验证的一个成功范例。

（13）大面积的电源层能够使Vcc布线变得轻松，但是，这种结构常常是引发系统性能恶化的导火索，在一个较大平面上把所有电源引线接在一起将无法避免引脚之间的噪声传输。反之，如果使用星型拓扑则会减轻不同电源引脚之间的耦合。

上图给出了星型连接的Vcc布线方案，该图取自MAX2826 IEEE 802.11a/g收发器的评估板。图中建立了一个主Vcc节点，从该点引出不同分支的电源线，为RF IC的电源引脚供电。每个电源引脚使用独立的引线在引脚之间提供了空间上的隔离，有利于减小它们之间的耦合。另外，每条引线还具有一定的寄生电感，这恰好是我们所希望的，它有助于滤除电源线上的高频噪声。

使用星型拓扑Vcc引线时，还有必要采取适当的电源去耦，而去耦电容存在一定的寄生电感。事实上，电容等效为一个串联的RLC电路，电容在低频段起主导作用，但在自激振荡频率(SRF)：

之后，电容的阻抗将呈现出电感性。由此可见，电容器只是在频率接近或低于其SRF时才具有去耦作用，在这些频点电容表现为低阻。

给出了不同容值下的典型S11参数，从这些曲线可以清楚地看到SRF，还可以看出电容越大，在较低频率处所提供的去耦性能越好(所呈现的阻抗越低)。

在Vcc星型拓扑的主节点处最好放置一个大容量的电容器，如2.2μF。该电容具有较低的SRF，对于消除低频噪声、建立稳定的直流电压很有效。IC的每个电源引脚需要一个低容量的电容器(如10nF)，用来滤除可能耦合到电源线上的高频噪声。对于那些为噪声敏感电路供电的电源引脚，可能需要外接两个旁路电容。例如：用一个10pF电容与一个10nF电容并联提供旁路，可以提供更宽频率范围的去耦，尽量消除噪声对电源电压的影响。每个电源引脚都需要认真检验，以确定需要多大的去耦电容以及实际电路在哪些频点容易受到噪声的干扰。

良好的电源去耦技术与严谨的PCB布局、Vcc引线(星型拓扑)相结合，能够为任何RF系统设计奠定稳固的基础。尽管实际设计中还会存在降低系统性能指标的其它因素，但是，拥有一个“无噪声”的电源是优化系统性能的基本要素.

3、射频PCB设计的EMC规范

1 层分布

1.1 双面板，顶层为信号层，底面为地平面。

1.2 四层板，顶层为信号层，第二层为地平面，第三层走电源、控制线。特殊情况下（如 射频信号线要穿过屏蔽壁），在第三层要走一些射频信号线。每层均要求大面积敷地。

1.2 四层板，顶层为信号层，第二层为地平面，第三层走电源、控制线。特殊情况下（如 射频信号线要穿过屏蔽壁），在第三层要走一些射频信号线。每层均要求大面积敷地。

2 接地

2.1 大面积接地 为减少地平面的阻抗，达到良好的接地效果，建议遵守以下要求：a) 射频 PCB 的接地要求大面积接地；b) 在微带印制电路中，底面为接地面，必须确保光滑平整；c) 要将地的接触面镀金或镀银，导电良好，以降低地线最抗；d) 使用紧固螺钉，使其与屏蔽腔体紧密结合，紧固螺钉的间距小于λ/20（依具体情 况而定）。

2.2 分组就近接地 按照电路的结构分布和电流的大小将整个电路分为成相对独立的几组，各组电路就 近接地形成回路，要调整各组内高频滤波电容方向，缩小电源回路。注意接地线要短而直， 禁止交叉重叠，减少公共地阻抗所产生的干扰。

2.3 射频器件的接地 表面贴射频器件和滤波电容需要接地时，为减少器件接地电感，要求：a) 至少要有 2 根线接铺地铜箔；b) 用至少 2 个金属化过孔在器件管脚旁就近接地。c) 增大过孔孔径和并联若干过孔。d) 有些元件的底部是接地的金属壳，要在元件的投影区内加一些接地孔，表面层 不得布线。

2.4 微带电路的接地 微带印制电路的终端单一接地孔直径必须大于微带线宽，或采用终端大量成排密布小孔 的方式接地。

2.5 接地工艺性要求

a) 在工艺允许的前提下，可缩短焊盘与过孔之间的距离；

b) 在工艺允许的前提下，接地的大焊盘可直接盖在至少 6 个接地过孔上（具体数量因 焊盘大小而异）；

c) 接地线需要走一定的距离时，应缩短走线长度，禁止超过λ/20，以防止天线效应 导致信号辐射；

d) 除特殊用途外，不得有孤立铜箔，铜箔上一定要加地线过孔；

e) 禁止地线铜箔上伸出终端开路的线头。

3 屏蔽

3.1 射频信号可以在空气介质中辐射。空间距离越大，工作频率越低，输入输出端的寄 生耦合就越小，隔离度则越大。PCB 典型的空间隔离度约为 50dB。

3.2 敏感电路和强烈辐射源电路要加屏蔽，但如果设计加工有难度时（如空间或成本限 制等），可不加，但要做试验最终决定。这些电路有：

a) 接收电路前端是敏感电路，信号很小，要采用屏蔽。

b) 对射频单元和中频单元须加屏蔽。接收通道中频信号会对射频信号产生较大干扰， 反之，发射通道的射频信号对中频信号也会造成辐射干扰。

c) 振荡电路：强烈辐射源，对本振源要单独屏蔽，由于本振电平较高，对其他单元形 成较大的辐射干扰。

d) 功放及天馈电路：强烈辐射源，信号很强，要屏蔽。

e) 数字信号处理电路：强烈辐射源，高速数字信号的陡峭的上下沿会对模拟的射频信 号产生干扰。

f) 级联放大电路：总增益可能会超过输出到输入端的空间隔离度，这样就满足了振荡 条件之一，电路可能自激。如果腔体内的电路同频增益超过 30－50dB，必须在 PCB 板 上焊接或安装金属屏蔽板，增加隔离度。实际设计时要综合考虑频率、功率、增益情况 决定是否加屏蔽板。

g) 级联的滤波、开关、衰减电路：在同一个屏蔽腔内，级联滤波电路的带外衰减、级 联开关电路的隔离度、级联衰减电路的衰减量必须小于 30－50dB。如果超过这个值， 必须在 PCB 板上焊接或安装金属屏蔽板，增加隔离度。实际设计时要综合考虑频率、功 率、增益情况决定是否加屏蔽板。

h) 收发单元混排时应屏蔽。

i) 数模混排时，对时钟线要包地铜皮隔离或屏蔽。

4 屏蔽材料和方法

4.1 常用的屏蔽材料均为高导电性能材料，如铜板、铜箔、铝板、铝箔。钢板或金属镀 层、导电涂层等。

4.2 静电屏蔽主要用于防止静电场和恒定磁场的影响。应注意两个基本要点，即完善的 屏蔽体和良好的接地性。

4.3 电磁屏蔽主要用于防止交变磁场或交变电磁场的影响，要求屏蔽体具有良好的导电 连续性，屏蔽体必须与电路接在共同的地参考平面上，要求 PCB 中屏蔽地与被屏蔽电路地要 尽量的接近。

4.4 对某些敏感电路，有强烈辐射源的电路可以设计一个在 PCB 上焊接的屏蔽腔，PCB 在 设计时要加上“过孔屏蔽墙”，就是在 PCB 上与屏蔽腔壁紧贴的部位加上接地的过孔。要求 如下：

a) 有两排以上的过孔；

b) 两排过孔相互错开；

c) 同一排的过孔间距要小于λ/20；

d) 接地的 PCB 铜箔与屏蔽腔壁压接的部位禁止有阻焊。

4.5 射频信号线在顶层穿过屏蔽壁时，要在屏蔽腔相应位置开一个槽门，门高大于 0.5mm, 门宽要保证安装屏蔽壁后信号线与屏蔽体间的距离大于 1mm。

5 屏蔽罩设计

5.1 金属屏蔽腔的基本结构

5.1.1 此类屏蔽罩被广泛使用，如图 27。材料一般为薄的铝合金，制造工艺一般采用冲 压折弯或压力铸造工艺，这种屏蔽罩有较多的螺钉孔，便于螺钉固定。部分需铝合金盖子和 吸波材料增强屏蔽性能。射频 PCB 需装在屏蔽腔内，要选择合适的屏蔽腔尺寸，使其最低 谐振频率远高于工作频率，最好 10 倍以上，详见附录 G“金属屏蔽腔的尺寸设计”。

5.1.2 屏蔽腔的高度一般为第一层介质厚度 15－20 倍或以上，在屏蔽腔面积一定时，要 提高屏蔽腔的最低谐振频率，需增加长宽比，避免正方形的腔体，如图 。

5.2 金属屏蔽腔对 PCB 布局的工艺要求

5.2.1 屏蔽罩与 PCB 板接触的罩体设计时应考虑 PCB bottom 面的器件高度，特别是插 件器件引脚伸出的高度。

5.2.2 需考虑螺丝禁布区的大小，防止组装时损坏表层线路或器件。射频功放板由于结 构尺寸的限制，其单板尺寸相对较小，故一般要求螺钉安装空间（禁布区）至少在安装孔焊 盘外侧。螺钉安装空间见表 5

.5.2.3 金属屏蔽罩自身成本和装配成本很贵，并且外形不规则的金属屏蔽罩在制造时很 难保证高精度和高平整性，又使元器件布局受到一些限制；金属屏蔽罩不利于元器件更换和 故障定位。

5.2.4 尽可能保证屏蔽罩的完整非常重要，进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽可能走 内层，RF 信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口和地缺口处的布线层上走出去，不过缺口 处周围要尽可能地多布一些地，不同层上的地可通过多个过孔连在一起。

5.2.5 为保证装配和返修，金属屏蔽罩周围５ｍｍ范围内不能有超过其高度的器件，Chip 小器件到屏蔽罩的距离应该２ｍｍ以上，其它器件距离要求３ｍｍ以上，并且放置朝向最好 符合方便维修方向。

5.2.6 金属屏蔽罩内部不能有超过其高度的器件，并且器件顶部到屏蔽罩面的距离要符 合安全规范要求。

5.2.7 需考虑 SMA 微带插座与 PCB 板接触时的高度匹配，否则焊接可靠性存在影响。如图29所示，设计时须考虑PCB板厚的公差（±10%），金属屏蔽腔的加工误差(±0.05mm)。建议 SMA 微带插座与 PCB 板的高度间隙不超过 0.5mm，插座与焊盘不允许有明显偏差。

5.2.8 由于功放板设计的特殊情况，容许 2 块单板之间信号穿过屏蔽罩，并用飞线连接， 如图

4、射频走线与地

举个例子来说吧。我们将对多层电路板进行射频线仿真，为了更好的做出对比，将仿真的PCB分为表层铺地前的和铺地后的两块板分别进行仿真对比;表层未铺地的PCB文件如下图1所示(两种线宽):

图1a：线宽0.1016 mm的射频线(表层铺地前)

图1b：线宽0.35 mm的射频线(表层铺地前)

首先将线宽不同的两块板(表层铺地前)由ALLEGRO导入SIWAVE，在目标线上加入50Ω端口。针对不同线宽0.1016mm和0.35mm， 我们的仿真结果如图2所示，图中显示的曲线是S21，仿真频率范围为800MHz-1GHz。

图2a：表层未铺地的S21 (线宽0.1016mm)

图2b：表层未铺地的S21 (线宽0.35mm)

由图中可以看到，在800MHz-1GHz的范围内，仿真的数据展示为小数点后一到两位的数量级，0.35mm的损耗要比0.1016mm的线小一个数量 级，这是因为0.35mm的线宽在该板的层叠条件下其特征阻抗接近50Ω。因此间接验证了我们所做的阻抗计算(用线宽约束)是有一定作用的。

接下来我们做了表层铺地后的同样的仿真(800MHz-1GHz)，导入的PCB文件如下图。

图3a：0.1016 mm的射频线(表层铺地)

图3b：0.35 mm的射频线(表层铺地)

图3：表层铺过地后的PCB

仿真结果如下图:

图4a：表层铺地后的S21 (0.1016mm)

图4b：表层铺地后的S21 (0.35mm)

图4：表层铺过地后的S21

由图中看到，仿真的数据显示，该传输线的线损已经是1-2 dB的数量级了，当然0.35 mm的损耗要明显小于0.1016 mm的。另外一个明显的现象是相对于未铺地的仿真结果，随着频率由800MHz到1GHz的增加，损耗趋大。

我们可以从仿真的结果中得到这样一个结果：

1.射频走线最好按50欧姆走，可以减小线损; 2.表层的铺地事实上是将一部分RF信号能量耦合到了地上，造成了一定的损耗。 因此PCB表层的铺地应该有所讲究。尽量远离RF线。工程经验是大于1.5倍的线宽。

【5】设计checklist

1

ESD防护元件直接放在主信号路径上。

2

模块分腔屏蔽合理，己关注腔体自谐振频率。

3

屏蔽墙及内倒角位置的顶面是布局、布线、信号过孔禁布区。

4

匹配元件靠近相关的RF器件端口布局

5

已考虑热设计，保证热量不集中，散热容易。

6

RF主信号流一字布局，如果受空间限制，不能一字布局时，可以采用L形布局，慎用U形布局。

7

对绕线电感的布局必须要保证相邻电感的磁力线相互垂直，对印制线类电感（LTCC工艺）如做不到磁力线相互垂直，应该远离放置。

8

分立元件构成的组合电路，不被其它元件或传输线打散，例如电阻衰减器的三个电阻布局互相靠近。滤波器电路要一面布局，并且不能被其它传输线打散。

9

高中低频组合滤波，高频小容量滤波电容最靠近器件管脚。

10

PCB螺钉数量和布局合理。

11

功放PCB开窗综合考虑了安装余量和电气性能。

12

功放可变电容、隔直电容位置己按原理图设计者要求布局。

13

元件离屏蔽壁间距符合要求，考虑了误差。

14

射频PCB的输入输出和其它部分的接口是否满足设计要求。

15

在正常工作或测试环境下，没有Stub。

17

数字芯片PWM调制输出直流的RC滤波电路，放置在数字芯片侧。

18

腔内同频增益超过40dB级联放大电路需进行了分腔。例如：接收通道的增益一般会很大，需要进行分腔

19

级联衰减电路的衰减量大于40dB的电路需进行分腔。

20

级联滤波电路的带外衰减和级联开关电路的隔离度大于40dB，则需要分腔。

21

射频电源的分配一般按照就近供电的原则，以免相互之间产生干扰。同时，在不同芯片共用同一个电源芯片时，要注意芯片之间是否会通过电源产生干扰。

22

电源的摆放位置是否合适，要保证输入输出电源线不能交叉，走线距离最短。

23

电源输入口的滤波电容是否靠近输入管脚，并且按照从大到小的顺序排列，容值最小的电容最靠近电源的输入管脚。

24

器件DATASHEET上有特殊要求的布局是否满足。

1

布RF线需要进行控制走线阻抗，将它们布得尽可能直接，这样可以减小损耗和不期望得到的耦合。

2

微带线下方需要连续的地，同样的，带状线上方和下方也需要连续的地；地平面不仅提供需要的回路，还可以将信号跟其它信号层隔离；

3

长的、没有屏蔽的走线，如RF前端的连线需要用带状线，这样有利于使用固有的屏蔽。

4

避免在内层和外层多次来回走线；

5

当RF信号线在不同层之间过渡时，过孔需要远离潜在的干扰电路、走线及过孔（比如数字控制线、时钟、电源等）；确保射频过孔和干扰路径之间铺地并加地过孔，起隔离作用。

6

时钟线、数据线、控制线之间的距离需满足3W原则。如果空间允许，尽量拉开线间距离。

7

走线要最短，不能闭环，不能有锐角和直角。

8

晶振表面以下不能有过孔和走线。频综、pll滤波器件、VCO、滤波器和电感下表面不能走线。

9

模拟信号与数字信号，电源线与控制信号线，弱信号与其他任何信号需要分层（最好有地隔离）或相距较远走线。如果分层相邻层的线与线之间不能并行走线，最好垂直走线。如果没有分层线间的距离是要满足隔离度的要求，至少满足线距大于3W。

10

射频敏感信号不能靠近强辐射信号。

11

差分信号线需对称走线，线长相差不能超过100mil，差分线对间的间距需满足3W规则。

12

输入输出阻抗不是50欧姆的器件，输入输出阻抗线需满足阻抗匹配要求。

13

在原理图中，有特殊要求的阻抗线需满足原理图的设计要求。

14

不同单元电源线布线时，电源线之间需相互隔离，以免各单元电路通过电源相互干扰。

15

不同电源层在空间上不能重叠，如果重叠需要有地层隔离。

16

电源的走线线宽要满足电流的通流量要求。（一般参考为1A/mm线宽）

17

RF信号布线周围如果存在其它RF信号线，在两者之间需辅地铜皮，并打地过孔。

18

电源部分导线印制线在层间转接的过孔数符合通过电流的要求（1A/Ф0.3mm孔）。

19

RF信号布线周围如果存在其它不相关的非RF信号（如过路电源线），在两者之间需辅地铜皮，并打地过孔。

20

小信号放大器的电源布线需要地铜皮及接地过孔隔离，避免其它EMI干扰窜入，进而恶化本级信号质量。

21

接地线要短而直，减少分布电感，减小公共地阻抗所产生的干扰。

22

RF 主信号路径上的接地器件和电源滤波电容需要接地时，为减小器件接地电感，要求就近接地。

23

有些元件的底部是接地的金属壳，要在元件的投影区内加一些接地孔，投影区内的表面层不得布信号线和过孔；

24

接地线需要走一定的距离时，应加粗走线线宽、缩短走线长度，禁止接近和超过1/4导引波长，以防止天线效应导致信号辐射；

25

除特殊用途外，不得有孤立铜皮，铜皮上一定要加地线过孔。

26

对某些敏感电路、有强烈辐射源的电路分别放在屏蔽腔内，装配时屏蔽腔压在PCB表面。PCB在设计时要加上“过孔屏蔽墙”，就是在PCB上与屏蔽腔壁紧贴的部位加上接地的过孔。要有两排以上的过孔，两排过孔相互错开，同一排的过孔间距在100mils左右。

27

一些RF器件封装较小，SMD焊盘宽度可能小至12mils，而RF信号线宽可能达50mils以上，要用渐变线，禁止线宽突变，且过渡部分的线不宜太长。

28

当50欧细微带线上有大焊盘时，大焊盘相当于分布电容，破坏了微带线的特性阻抗连续性。需将焊盘下方的地平面挖空，来减小焊盘的分布电容。并通过软件仿真，保证阻抗为50欧姆。

29

过孔是引起RF 通道上阻抗不连续性的重要因素之一，如果信号频率大于1GHz，就要考虑过孔的影响。具体情况需用HFSS和Optimetrics进行优化仿真。

1

数据、时钟、使能线不能在数字频率合成器芯片、晶体、晶振、变压器、光耦、电源模块等器件底部表面层走线。

2

频综的电源线要和其他干扰信号进行隔离，以免影响频综的相位噪声和杂散。

3

环路滤波器的布局要同层布局，并且结构紧凑，靠近相关的滤波管脚，在滤波器的下表面不能走线。

4

VCO的电源和控制电压，要和其它干扰信号进行隔离。

5

VCO和频综下面不能走线。

6

频综的数据、时钟、使能信号之间的距离要满足至少3W的间距。如果分层布线，不能平行重叠走线。

1

参考源的参考输入信号，是从中频送过来的，走线一定要短，不能对其它电路有影响。

2

数据、时钟、使能信号之间的距离要满足至少3W的间距。如果分层布线，不能平行重叠走线。

4

VCO的电源和控制电压，要和其它干扰信号进行隔离。

5

参考源的输出电路要和其它信号进行隔离。

1

LNA的输入信号线要越短越好。减小线损，增强接收通道的灵敏度。

2

LNA的匹配电路要靠近相应的管脚放置。

3

射频前端的ESD防护电路，一定要放在射频信号的主干线上，以防降低防护等级。

1

小信号放大器的电源布线需要地铜皮及接地过孔隔离，避免其它EMI干扰窜入，进而恶化本级信号质量。

2

单片放大器偏置电感的焊盘也最好放在RF信号线上，如果空间紧张也可通过12mil高阻线与RF信号线相连 。

3

当同一电源给两级放大器同时供电时，电源要从后级向前级供电，以免末级放大电路影响前级。

4

小信号放大器的电源地回路要小，电容接地要短而直，减小公共地阻抗所产生的干扰。

1

滤波器的匹配元件要靠近相应的管脚。

2

当滤波器的输入输出管脚为大焊盘时，为了保证阻抗的连续性，需要将其下面的层挖空。需通过仿真软件计算具体的阻抗值。

3

当滤波器底部是金属外壳与接地脚相连，器件的元件面投影区是禁布区，不能布微带线和过孔，

1

要注意混频器的外围器件应该按照DATASHEET的要求布局。

2

对于集成双平衡混频器，扼流电感和隔离电感一定要远离，并且垂直放置。

3

对于集成双平衡混频器，隔离电感的接地必须充分，尽量在附近多打地孔。

4

对于集成双平衡混频器，两个扼流电感要保持对称平行放置

1

I/Q是两对差分线对，这两对差分线对间的间距满足3W规则，并且中间要加地孔隔离。

2

I/Q分别是两对差分线对，这两对差分线要并行走线，不能交叉走线。

3

两对差分线线长相差不能超过100mil。

4

差分线走线过孔不能超过4个。

1

电源线是EMI 出入电路的重要途径。通过电源线，外界的干扰可以传入内部电路，影响RF电路指标。为了减少电磁辐射和耦合，要求DC-DC模块的一次侧、二次侧、负载侧环路面积最小。电源电路不管形式有多复杂，其大电流环路都要尽可能小。

2

单板上长距离的电源线不能同时接近或穿过级联放大器（增益大于45dB）的输出和输入端附近。避免电源线成为RF 信号传输途径，可能引起自激或降低扇区隔离度。长距离电源线的两端都需要加上高频滤波电容，甚至中间也加高频滤波电容。

3

RF PCB的电源入口处组合并联三个滤波电容，利用这三种电容的各自优点分别滤除电源线上的低、中、高频。例如：10uf，0.1uf，100pf。并且按照从大到小的顺序依次靠近电源的输入管脚。

4

用同一组电源给小信号级联放大器馈电，应当先从末级开始，依次向前级供电，使末级电路产生的EMI 对前级的影响较小。且每一级的电源滤波至少有两个电容：0.1uf，100pf。当信号频率高于1GHz时，要增加10pf滤波电容。

5

不同电源层在空间上要避免重叠。主要是为了减少不同电源之间的干扰，特别是一些电压相差很大的电源之间，电源平面的重叠问题一定要设法避免，难以避免时可考虑中间隔地层。

6

电源部分导线印制线在层间转接的过孔数符合通过电流的要求（1A/Ф0.3mm孔）。

7

PCB的POWER部分的铜箔尺寸符合其流过的最大电流，并考虑余量（一般参考为1A/mm线宽）。

8

电源线的输入输出不能交叉。

1

电源印制导线在层间转接的过孔数符合通过电流的要求（1A/Ф0.3孔）

2

PCB的POWER部分的铜箔尺寸符合其流过的最大电流，并考虑余量（一般参考为2A/mm线宽）

3

单板上高温元器件的防护和热处理措施合理（类似加热器件的高温元器件处理）

4

较大面积可触及导电零部件外壳与地连接（如DC/DC外壳、屏蔽盒）

5

较大体积零件的固定孔及安装后的电气间隙和在印制板上的爬电距离符合安规要求。（如DC/DC外壳、屏蔽盒）

6

屏蔽盒固定后，与其它接插件等带能量危险或与危险电压电极的电气间隙达到安规要求；固定螺钉及垫片在印制板上爬电距离符合要求。

7

-48V输入印制线位于重叠位置，层间距离没有小于0.1mm。

8

PCB电源部分的连接器有防止反插措施

9

DC/DC的输入/输出印制线，不与DC/DC模块在同一面（贴装DC/DC除外，无台阶的DC/DC外壳会与印制线的电气间隙不够，甚至会依靠阻焊剂绝缘）

10

功放输出口有保护电路（如环行器等）保证不会过功率引发过热或燃烧事件

11

防雷击连接器与气体放电管及保护二极管之间的布线要尽量粗，并且其布线到地的距离要大于80mil以上。

一、布局注意事项

（1） 结构设计要求 在 PCB 布局之前需要弄清楚产品的结构。

结构需要在 PCB 板上体现出来。比如腔壳的外边厚度大小，中间隔腔的厚度大小， 倒角半径大小和隔腔上的螺钉大小等等(换句话说，结构设计是根据 完成后的 PCB 上所画的轮廓（结构部分）进行具体设计的)。一般情 况，外边腔厚度为 4mm；内腔宽度为 3mm；点胶工艺的为 2mm；倒角 半径 2.5mm。以 PCB 板的左下角为原点，隔腔需在栅格 0.5 的整数倍， 最少需要做到栅格为 0.1 的整数倍。这样有利于结构加工商进行加工， 误差控制比较精确些。当然，这需要根据客户的要求来设计。

下图所示为 PCB 设计完成后的结构轮廓图：

（2） 布局要求 布局优先对射频链路进行布局，然后对其它电路进行布局。A 射频链路布局注意事项 完全根据原理图的先后顺序（输入到输出，包括每个元件的先后 位置和元件与元件之间的间距都有讲究的。有的元件与元件之间距离 不宜过大，比如π 网。）进行布局，布局成“一”字形或者“L”形。在实际的射频链路布局中，因受产品的空间限制，不可能完全实 现，这就迫使我们将布局成“U”形。布局成 U 形并不是不可以，但 需要在中间加隔腔将其左右进行隔离，做好屏蔽。

还有一种在横向也需要添加隔腔。即，用隔腔把一字形左右进行 隔离。这主要是因为需要隔离部分非常敏感或易干扰其它电路；另外， 还有一种可能就是一字形输入端到输出端这段电路的增益过大，也需 要用隔腔将其分开（若增益过大，腔体太大，可能会引起自激。）。

B 芯片外围电路布局 射频器件外围电路布局严格参照 datasheet 上面的要求进行布 局，受空间限制可以进行调整；数字芯片外围电路布局就不多讲了。

二、 布线注意事项

根据 50 欧姆阻抗线宽进行布线，尽量从焊盘中心出线，线成直 线，尽量走在表层。在需要拐弯的地方做成 45 度角或圆弧走线，推 荐在电容或电阻两边进行拐弯。如果遇到器件走线匹配要求的，请严 格按照 datasheet 上面的参考值长度走线。比如，一个放大管与电容 之间的走线长度(或电感之间的走线长度)要求等等。

在进行 PCB 设计时，为了使高频电路板的设计更合理，抗干扰性能更 好，应从以下几方面考虑（通用做法）：

（1） 合理选择层数 在 PCB 设计中对高频电路板布线时，利用中间内层平面作为电源和 地线层，可以起到屏蔽的作用，有效降低寄生电感、缩短信号线长度、 降低信号间的交叉干扰。

（2） 走线方式 走线必须按照 45°角拐弯或圆弧拐弯，这样可以减小高频信 号的发射和相互之间的耦合。

（3） 走线长度 走线长度越短越好，两根线并行距离越短越好。

（4） 过孔数量 过孔数量越少越好。

（5） 层间布线方向 层间布线方向应该取垂直方向，就是顶层为水平方向，底层为 垂直方向，这样可以减小信号间的干扰。

（6） 敷铜 增加接地的敷铜可以减小信号间的干扰。

（7） 包地 对重要的信号线进行包地处理，可以显著提高该信号的抗干扰 能力，当然还可以对干扰源进行包地处理，使其不能干扰其他 信号。

（8） 信号线 信号走线不能环路，需要按照菊花链方式布线。

三、 接地处理

（1）射频链路接地 射频部分采用多点接地方式进行接地处理。射频链路铺铜间隙一般 30mil 到 40mil 用的比较多。两边都需要打接地孔，且间距尽量保持 一致。射频通路上对地电容电阻的接地焊盘，尽量就近打接地孔。器 件上的接地焊盘都需要打接地过孔。

（2）腔壳接地孔 为了让腔壳与 PCB 板之间更好的接触。一般打两排接地孔且交错方 式放置，如图 06 所示。PCB 隔腔上需要开窗，如图 07 所示。PCB 底 层接地铜皮与底板接触的地方都需要开窗处理，使其更好的接触。如 图 08 所示（PCB 板的上半部分与底座接触）：

PCB 隔腔接地过孔图

PCB 隔腔开窗图

PCB 底层开窗图

（3）螺钉放置（需要了解结构知识） 为了使 PCB 与底座和腔壳之间有更紧密的接触（更好的屏蔽） 需要在 PCB 板上放置螺钉孔位置。PCB 与腔壳之间螺钉放置方法：隔腔每个交叉的地方放置一个螺 钉。在实际设计中，比较难实现，可以根据模块电路功能进行适当调 整。但不管怎样，腔壳四个角上必须都有螺钉。

腔壳螺钉图

PCB 与底座之间的螺钉放置方法：腔壳中的每个小腔内都需要有 螺钉，视腔大小而定螺钉数量（腔越大，放置的螺钉就多）。一般原 则是在腔的对角上放置螺钉。SMA 头或其他连接器旁边必须放置螺钉。在 SMA 头或连接器在插拔过程中不致 PCB 板变形。

腔内螺钉图

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干货 | 深度解析电源原理图和每个元件的功能

干货 | 九种常见的元器件封装技术

〖大牛总结〗常见RF指标的内在和意义，值得一看！

这篇文章的初衷是源自我给工厂工程师写的一份“操作指南”，按理说写这些东西对于工作了十来年的人来说应该是手到擒来的，但是真正写的时候就发现原本计划提纲挈领的东西写成了冗长无比的八股文。

当你写完“EVM可能随着Front-End的IL增大而恶化”的时候，如果阅读者是一个基础概念知识都不好的工程师（工厂里的工程师很多都是如此），人家第一反应是“EVM是什么”，继而是“EVM是为什么会跟IL有关系”，然后还可能是“EVM还跟什么指标有关系”——这就没完没了了。

所以我这里打算“扯到哪算哪”，把一些常见的概念列举出来，抛砖引玉，然后看看效果如何。

1、Rx Sensitivity（接收灵敏度）

接收灵敏度，这应该是最基本的概念之一，表征的是接收机能够在不超过一定误码率的情况下识别的最低信号强度。这里说误码率，是沿用CS（电路交换）时代的定义作一个通称，在多数情况下，BER (bit error rate)或者PER (packet error rate)会用来考察灵敏度，在LTE时代干脆用吞吐量Throughput来定义——因为LTE干脆没有电路交换的语音信道，但是这也是一个实实在在的进化，因为第一次我们不再使用诸如12.2kbps RMC（参考测量信道，实际代表的是速率12.2kbps的语音编码）这样的“标准化替代品”来衡量灵敏度，而是以用户可以实实在在感受到的吞吐量来定义之。

2、SNR（信噪比）

讲灵敏度的时候我们常常联系到SNR（信噪比，我们一般是讲接收机的解调信噪比），我们把解调信噪比定义为不超过一定误码率的情况下解调器能够解调的信噪比门限（面试的时候经常会有人给你出题，给一串NF、Gain，再告诉你解调门限要你推灵敏度）。那么S和N分别何来？

S即信号Signal，或者称为有用信号；N即噪声Noise，泛指一切不带有有用信息的信号。有用信号一般是通信系统发射机发射出来，噪声的来源则是非常广泛的，最典型的就是那个著名的-174dBm/Hz——自然噪声底，要记住它是一个与通信系统类型无关的量，从某种意义上讲是从热力学推算出来的（所以它跟温度有关）；另外要注意的是它实际上是个噪声功率密度（所以有dBm/Hz这个量纲），我们接收多大带宽的信号，就会接受多大带宽的噪声——所以最终的噪声功率是用噪声功率密度对带宽积分得来。

3、TxPower（发射功率）

发射功率的重要性，在于发射机的信号需要经过空间的衰落之后才能到达接收机，那么越高的发射功率意味着越远的通信距离。

那么我们的发射信号要不要讲究SNR？譬如说，我们的发射信号SNR很差，那么到达接收机的信号SNR是不是也很差？

这个牵涉到刚才讲过的概念，自然噪声底。我们假设空间的衰落对信号和噪声都是效果相同的（实际上不是，信号能够通编码抵御衰落而噪声不行）而且是如同衰减器一般作用的，那么我们假设空间衰落-200dB，发射信号带宽1Hz，功率50dBm，信噪比50dB，接收机收到信号的SNR是多少？

接收机收到信号的功率是50-200=-150Bm（带宽1Hz），而发射机的噪声50-50=0dBm通过空间衰落，到达接收机的功率是0-200=-200dBm（带宽1Hz）？这时候这部分噪声早已被“淹没”在-174dBm/Hz的自然噪声底之下了，此时我们计算接收机入口的噪声，只需要考虑-174dBm/Hz的“基本成分”即可。

这在通信系统的绝大部分情况下是适用的。

4、ACLR/ACPR

我们把这些项目放在一起，是因为它们表征的实际上是“发射机噪声”的一部分，只是这些噪声不是在发射信道之内，而是发射机泄漏到临近信道中去的部分，可以统称为“邻道泄漏”。

其中ACLR和ACPR（其实是一个东西，不过一个是在终端测试中的叫法，一个是在基站测试中的叫法罢了），都是以“Adjacent Channel”命名，顾名思义，都是描述本机对其他设备的干扰。而且它们有个共同点，对干扰信号的功率计算也是以一个信道带宽为计。这种计量方法表明，这一指标的设计目的，是考量发射机泄漏的信号，对相同或相似制式的设备接收机的干扰——干扰信号以同频同带宽的模式落到接收机带内，形成对接收机接收信号的同频干扰。

在LTE中，ACLR的测试有两种设置，EUTRA和UTRA，前者是描述LTE系统对LTE系统的干扰，后者是考虑LTE系统对UMTS系统的干扰。所以我们可以看到EUTRAACLR的测量带宽是LTE RB的占用带宽，UTRA ACLR的测量带宽是UMTS信号的占用带宽（FDD系统3.84MHz，TDD系统1.28MHz）。换句话说，ACLR/ACPR描述的是一种“对等的”干扰：发射信号的泄漏对同样或者类似的通信系统发生的干扰。

这一定义是有非常重要的实际意义的。实际网络中同小区邻小区还有附近小区经常会有信号泄漏过来，所以网规网优的过程实际上就是容量最大化和干扰最小化的过程，而系统本身的邻道泄漏对于邻近小区就是典型的干扰信号；从系统的另一个方向来看，拥挤人群中用户的手机也可能成为互相的干扰源。

同样的，在通信系统的演化中，从来是以“平滑过渡”为目标，即在现有网络上升级改造进入下一代网络。那么两代甚至三代系统共存就需要考虑不同系统之间的干扰，LTE引入UTRA即是考虑了LTE在与UMTS共存的情形下对前代系统的射频干扰。

5、Modulation Spectrum/Switching Spectrum

而退回到GSM系统，Modulation Spectrum（调制谱）和Switching Spectrum（切换谱，也有称为开关谱的，对舶来品不同翻译的缘故）也是扮演了邻道泄漏相似的角色。不同的是它们的测量带宽并不是GSM信号的占用带宽。从定义上看，可以认为调制谱是衡量同步系统之间的干扰，而切换谱是衡量非同步系统之间的干扰（事实上如果不对信号做gating，切换谱一定是会把调制谱淹没掉的）。

这就牵涉到另一个概念：GSM系统中，各小区之间是不同步的，虽然它用的是TDMA；而相比之下，TD-SCDMA和之后的TD-LTE，小区之间是同步的（那个飞碟形状或者球头的GPS天线永远是TDD系统摆脱不了的桎梏）。

因为小区间不同步，所以A小区上升沿／下降沿的功率泄漏可能落到B小区的payload部分，所以我们用切换谱来衡量此状态下发射机对邻信道的干扰;而在整个577us的GSM timeslot里，上升沿／下降沿的占比毕竟很少，多数时候两个相邻小区的payload部分会在时间上交叠，评估这种情况下发射机对邻信道的干扰就可以参考调制谱。

6、SEM (Spectrum Emission Mask)

讲SEM的时候，首先要注意它是一个“带内指标”，与spurious emission区分开来，后者在广义上是包含了SEM的，但是着重看的其实是发射机工作频段之外的频谱泄漏，其引入也更多的是从EMC（电磁兼容）的角度。

SEM是提供一个“频谱模版”，然后在测量发射机带内频谱泄漏的时候，看有没有超出模版限值的点。可以说它与ACLR有关系，但是又不相同：ACLR是考虑泄漏到邻近信道中的平均功率，所以它以信道带宽为测量带宽，它体现的是发射机在邻近信道内的“噪声底”；SEM反映的是以较小的测量带宽（往往100kHz到1MHz）捕捉在邻近频段内的超标点，体现的是“以噪声底为基础的杂散发射”。

如果用频谱仪扫描SEM，可以看到邻信道上的杂散点会普遍的高出ACLR均值，所以如果ACLR指标本身没有余量，SEM就很容易超标。反之SEM超标并不一定意味着ACLR不良，有一种常见的现象就是有LO的杂散或者某个时钟与LO调制分量（往往带宽很窄，类似点频）串入发射机链路，这时候即便ACLR很好，SEM也可能超标。

7、EVM（误差矢量）

首先，EVM是一个矢量值，也就是说它有幅度和角度，它衡量的是“实际信号与理想信号的误差”，这个量度可以有效的表达发射信号的“质量”——实际信号的点距离理想信号越远，误差就越大，EVM的模值就越大。

在（一）中我们曾经解释过为什么发射信号的信噪比不是那么重要，原因有二：第一是发射信号的SNR往往远远高于接收机解调所需要的SNR；第二是我们计算接收灵敏度时参考的是接收机最恶劣的情况，即在经过大幅度空间衰落之后，发射机噪声早已淹没在自然噪声底之下，而有用信号也被衰减到接收机的解调门限附近。

但是发射机的“固有信噪比”在某些情况下是需要被考虑的，譬如近距离无线通信，典型的如802.11系列。

802.11系列演进到802.11ac的时候，已经引入了256QAM的调制，对于接收机而言，即便不考虑空间衰落，光是解调这样高阶的正交调制信号就已经需要很高的信噪比，EVM越差，SNR就越差，解调难度就越高。

做802.11系统的工程师，往往用EVM来衡量Tx线性度；而做3GPP系统的工程师，则喜欢用ACLR/ACPR/Spectrum来衡量Tx线性性能。

从起源上讲，3GPP是蜂窝通信的演进道路，从一开始就不得不关注邻信道、隔信道（adjacent channel, alternative channel）的干扰。换句话说，干扰是影响蜂窝通信速率的第一大障碍，所以3GPP在演进的过程中，总是以“干扰最小化”为目标的：GSM时代的跳频，UMTS时代的扩频，LTE时代RB概念的引入，都是如此。

而802.11系统是固定无线接入的演进，它是秉承TCP/IP协议精神而来，以“尽最大能力的服务”为目标，802.11中经常会有时分或者跳频的手段来实现多用户共存，而布网则比较灵活（毕竟以局域网为主），信道宽度也灵活可变。总的来说它对干扰并不敏感（或者说容忍度比较高）。

通俗的讲，就是蜂窝通信的起源是打电话，打不通电话用户会去电信局砸场子；802.11的起源是局域网，网络不好大概率是先耐着性子等等（其实这时候设备是在作纠错和重传）。

这就决定了3GPP系列必然以ACLR/ACPR一类“频谱再生”性能为指标，而802.11系列则可以以牺牲速率来适应网络环境。

具体说来，“以牺牲速率来适应网络环境”，就是指的802.11系列中以不同的调制阶数来应对传播条件：当接收机发现信号差，就立即通知对面的发射机降低调制阶数，反之亦然。前面提到过，802.11系统中SNR与EVM相关很大，很大程度上EVM降低可以提高SNR。这样我们就有两种途径改善接收性能：一是降低调制阶数，从而降低解调门限；二是降低发射机EVM，使得信号SNR提高。

因为EVM与接收机解调效果密切相关，所以802.11系统中以EVM来衡量发射机性能（类似的，3GPP定义的蜂窝系统中，ACPR/ACLR是主要影响网络性能的指标）；又因为发射机对EVM的恶化主要因为非线性引起（譬如PA的AM-AM失真），所以EVM通常作为衡量发射机线性性能的标志。

7.1、EVM与ACPR/ACLR的关系

很难定义EVM与ACPR/ACLR的定量关系，从放大器的非线性来看，EVM与ACPR/ACLR应该是正相关的：放大器的AM-AM、AM-PM失真会扩大EVM，同时也是ACPR/ACLR的主要来源。

但是EVM与ACPR/ACLR并不总是正相关，我们这里可以找到一个很典型的例子：数字中频中常用的Clipping，即削峰。Clipping是削减发射信号的峰均比（PAR），峰值功率降低有助于降低通过PA之后的ACPR/ACLR；但是Clipping同时会损害EVM，因为无论是限幅（加窗）还是用滤波器方法，都会对信号波形产生损伤，因而增大EVM。

7.2、PAR的源流

PAR（信号峰均比）通常用CCDF这样一个统计函数来表示，其曲线表示的是信号的功率（幅度）值和其对应的出现概率。譬如某个信号的平均功率是10dBm，它出现超过15dBm功率的统计概率是0.01%，我们可以认为它的PAR是5dB。

PAR是现代通信系统中发射机频谱再生（诸如ACLP/ACPR/Modulation Spectrum）的重要影响因素。峰值功率会将放大器推入非线性区从而产生失真，往往峰值功率越高、非线性越强。

在GSM时代，因为GMSK调制的衡包络特性，所以PAR=0，我们在设计GSM功放的时候经常把它推到P1dB，以得到最大限度的效率。引入EDGE之后，8PSK调制不再是衡包络，因此我们往往将功放的平均输出功率推到P1dB以下3dB左右，因为8PSK信号的PAR是3.21dB。

UMTS时代，无论WCDMA还是CDMA，峰均比都比EDGE大得多。原因是码分多址系统中信号的相关性：当多个码道的信号在时域上叠加时，可能出现相位相同的情况，此时功率就会呈现峰值。

LTE的峰均比则是源自RB的突发性。OFDM调制是基于将多用户／多业务数据在时域上和频域上都分块的原理，这样就可能在某一“时间块”上出现大功率。LTE上行发射用SC-FDMA，先用DFT将时域信号扩展到频域上，等于“平滑”掉了时域上的突发性，从而降低了PAR。

8、干扰指标汇总

这里的“干扰指标”，指的是出了接收机静态灵敏度之外，各种施加干扰下的灵敏度测试。实际上研究这些测试项的由来是很有意思的。

我们常见的干扰指标，包括Blocking，Desense，Channel Selectivity等。

8.1、Blocking（阻塞）

Blocking实际上是一种非常古老的RF指标，早在雷达发明之初就有。其原理是以大信号灌入接收机（通常最遭殃的是第一级LNA），使得放大器进入非线性区甚至饱和。此时一方面放大器的增益骤然变小，另一方面产生极强非线性，因而对有用信号的放大功能就无法正常工作了。

另一种可能的Blocking其实是通过接收机的AGC来完成的：大信号进入接收机链路，接收机AGC因此产生动作降低增益以确保动态范围；但是同时进入接收机的有用信号电平很低，此时增益不足，进入到解调器的有用信号幅度不够。

Blocking指标分为带内和带外，主要是因为射频前端一般会有频带滤波器，对于带外blocking会有抑制作用。但是无论带内还是带外，Blocking信号一般都是点频，不带调制。事实上完全不带调制的点频信号在现实世界里并不多见，工程上只是把它简化成点频，用以（近似）替代各种窄带干扰信号。

对于解决Blocking，主要是RF出力，说白了就是把接收机IIP3提高，动态范围扩大。对于带外Blocking，滤波器的抑制度也是很重要的。

8.2、AM Suppression

AM Suppression是GSM系统特有的指标，从描述上看，干扰信号是与GSM信号相似的TDMA信号，与有用信号同步且有固定delay。

这种场景是模拟GSM系统中邻近小区的信号，从干扰信号的频偏要求大于6MHz（GSM带宽200kHz）来看，这是很典型的邻近小区信号配置。所以我们可以认为AM Suppression是一个反映GSM系统实际工作中接收机对邻小区的干扰容忍度。

8.2、Adjacent (Alternative) Channel Suppression (Selectivity)

这里我们统称为“邻信道选择性”。在蜂窝系统中，我们组网除了要考虑同频小区，还要考虑邻频小区，其原因可以在我们之前讨论过的发射机指标ACLR/ACPR/Modulation Spectrum中可以找到：因为发射机的频谱再生会有很强的信号落到相邻频率中（一般来说频偏越远电平越低，所以邻信道一般是受影响最大的），而且这种频谱再生事实上是与发射信号有相关性的，即同制式的接收机很可能把这部分再生频谱误认为是有用信号而进行解调，所谓鹊巢鸠占。

举个例子：如果两个相邻小区A和B恰好是邻频小区（一般会避免这样的组网方式，这里只是讨论一个极限场景），当一台注册到A小区的终端游走到两个校区交界处，但是两个小区的信号强度还没有到切换门限，因此终端依然保持A小区连接；B小区基站发射机的ACPR较高，因此终端的接收频带内有较高的B小区ACPR分量，与A小区的有用信号在频率上重叠；因为此时终端距离A小区基站较远，因此接收到的A小区有用信号强度也很低，此时B小区ACPR分量进入到终端接收机时就可以对原有用信号造成同频干扰。

如果我们注意看邻道选择性的频偏定义，会发现有Adjacent和Alternative的区别，对应ACLR/ACPR的第一邻道、第二邻道，可见通信协议中“发射机频谱泄漏（再生）”与“接收机邻道选择性”实际上是成对定义的。

8.3、Co-Channel Suppression (Selectivity)

这种描述的是绝对的同频干扰，一般是指两个同频小区之间的干扰模式。

按照之前我们描述的组网原则，两个同频小区的距离应该尽量远，但是即便再远，也会有信号彼此泄漏，只是强度高低的区别。对于终端而言，两个校区的信号都可以认为是“正确的有用信号”（当然协议层上有一组接入规范来防范这种误接入），衡量终端的接收机能否避免“西风压倒东风”，就看它的同频选择性。

8.4 总结

Blocking是“大信号干扰小信号”，RF尚有周旋余地；而以上的AM Suppression, Adjacent (Co/Alternative) Channel Suppression (Selectivity)这些指标，是“小信号干扰大信号”，纯RF的工作意义不大，还是靠物理层算法为主。

Single-tone Desense是CDMA系统独有的指标，它有个特点：作为干扰信号的single-tone是带内信号，而且距离有用信号很近。这样就有可能产生两种信号落到接收频域内：第一种是由于LO的近端相噪，LO与有用信号混频形成的基带信号、和LO相噪与干扰信号混频形成的信号，都会落到接收机基带滤波器的范围之内，前者是有用的信号而后者是干扰；第二种是由于接收机系统中的非线性，有用信号（有一定带宽，譬如1.2288MHz的CDMA信号）可能与干扰信号在非线性器件上产生交调，而交调产物有可能同样落在接收频域之内成为干扰。

Single-tone desense的起源是北美在发起CDMA系统时，与原有的模拟通信系统AMPS采用了同一频段，两张网长期共存，作为后来者的CDMA系统必须考虑AMPS系统对自身的干扰。

到这里我想起当年被称为“通则不动，动则不通”的小灵通，因为长期占用1900～1920MHz频率，所以天朝TD-SCDMA/TD-LTE B39的实施一直是在B39的低段1880～1900MHz，直到小灵通退网为止。

教科书上对Blocking的解释比较简单：大信号进入接收机放大器使得放大器进入非线性区，实际增益变小（对有用信号的）。

但是这样很难解释两种场景：

场景一：前级LNA线性增益18dB，当大信号灌入使其达到P1dB的时候，增益是17dB；如果没有引入其他影响（默认LNA的NF等都没有发生变化），那么对整个系统的噪声系数影响其实非常有限，无非是后级NF在计入到总NF时分母变小了一点，对整个系统的灵敏度影响不大。

场景二：前级LNA的IIP3很高因此没有受影响，受影响的是第二级gain block（干扰信号使其达到P1dB附近），在这种情况下整个系统NF的影响就更小了。

我在这里抛砖引玉，提出一个观点：Blocking的影响可能分两部分，一部分是教科书上所讲的Gain受到压缩，另一部分实际上是放大器进入非线性区之后，有用信号在这个区域里发生了失真。这种失真可能包括两部分，一部分是纯粹的放大器非线性造成有用信号的频谱再生（谐波分量），另一部分是大信号调制小信号的Cross Modulation。（可以理解）

由此我们还提出另一个设想：如果我们要简化Blocking测试（3GPP要求是扫频，非常费时间），也许可以选取某些频点，这些频点出现Blocking信号时对有用信号的失真影响最大。

从直观上看，这些频点可能有：f0/N和f0*N（f0是有用信号频率，N是自然数）。前者是因为大信号在非线性区自身产生的N次谐波分量正好叠加在有用信号频率f0上形成直接干扰，后者是叠加在有用信号f0的N次谐波上进而影响到输出信号f0的时域波形——解释一下：根据帕塞瓦尔定律，时域信号的波形实际上是频域基频信号与各次谐波的总和，当频域上N次谐波的功率发生变化时，时域上对应的变化就是时域信号的包络变化（发生了失真）。

9、动态范围，温度补偿与功率控制

动态范围，温度补偿和功率控制很多情况下是“看不到”的指标，只有在进行某些极限测试的时候才会表现出它们的影响，但是本身它们却体现着RF设计中最精巧的部分。

9.1、发射机动态范围

发射机动态范围表征的是发射机“不损害其他发射指标前提下”的最大发射功率和最小发射功率。

“不损害其他发射指标”显得很宽泛，如果看主要影响，可以理解为：最大发射功率下不损害发射机线性度，最小发射功率下保持输出信号信噪比。

最大发射功率下，发射机输出往往逼近各级有源器件（尤其末级放大器）的非线性区，由此经常发生的非线性表现有频谱泄漏和再生（ACLR/ACPR/SEM），调制误差（PhaseError/EVM）。此时最遭殃的基本上都是发射机线性度，这一部分应该比较好理解。

最小发射功率下，发射机输出的有用信号则是逼近发射机噪声底，甚至有被“淹没”在发射机噪声中的危险。此时需要保障的是输出信号的信噪比（SNR），换句话说就是在最小发射功率下的发射机噪声底越低越好。

在实验室曾经发生过一件事情：有工程师在测试ACLR的时候，发现功率降低ACLR反而更差（正常理解是ACLR应该随着输出功率降低而改善），当时第一反应是仪表出问题了，但是换一台仪表测试结果依然如此。我们给出的指导意见是测试低输出功率下的EVM，发现EVM性能很差；我们判断可能是RF链路入口处的噪声底就很高，对应的SNR显然很差，ACLR的主要成分已经不是放大器的频谱再生、而是通过放大器链路被放大的基带噪声。

9.2、接收机动态范围

接收机动态范围其实与之前我们讲过的两个指标有关，第一个是参考灵敏度，第二个是接收机IIP3（在讲干扰指标的时候多次提到）。

参考灵敏度实际上表征的就是接收机能够识别的最小信号强度，这里不再赘述。我们主要谈一下接收机的最大接收电平。

最大接收电平是指接收机在不发生失真情况下能够接收的最大信号。这种失真可能发生在接收机的任何一级，从前级LNA到接收机ADC。对于前级LNA，我们唯一可做的就是尽量提高IIP3，使其可以承受更高的输入功率；对于后面逐级器件，接收机则采用了AGC（自动增益控制）来确保有用信号落在器件的输入动态范围之内。简单的说就是有一个负反馈环路：检测接收信号强度（过低／过高）－调整放大器增益（调高／调低）－放大器输出信号确保落在下一级器件的输入动态范围之内。

这里我们讲一个例外：多数手机接收机的前级LNA本身就带有AGC功能，如果你仔细研究它们的datasheet，会发现前级LNA会提供几个可变增益段，每个增益段有其对应的噪声系数，一般来讲增益越高、噪声系数越低。这是一种简化的设计，其设计思想在于：接收机RF链路的目标是将输入到接收机ADC的有用信号保持在动态范围之内，且保持SNR高于解调门限（并不苛求SNR越高越好，而是“够用就行”，这是一种很聪明的做法）。因此当输入信号很大时，前级LNA降低增益、损失NF、同时提高IIP3；当输入信号小时，前级LNA提高增益、减小NF、同时降低IIP3。

9.3、温度补偿

一般来讲，我们只在发射机作温度补偿。

当然，接收机性能也是受到温度影响的：高温下接收机链路增益降低，NF增高；低温下接收机链路增益提高，NF降低。但是由于接收机的小信号特性，无论增益还是NF的影响都在系统冗余范围之内。

对于发射机温度补偿，也可以细分为两部分：一部分是对发射信号功率准确度的补偿，另一部分是对发射机增益随温度变化进行补偿。

现代通信系统发射机一般都进行闭环功控（除了略为“古老”的GSM系统和Bluetooth系统），因此经过生产程序校准的发射机，其功率准确度事实上取决于功控环路的准确度。一般来讲功控环路是小信号环路，且温度稳定性很高，所以对其进行温度补偿的需求并不高，除非功控环路上有温度敏感器件（譬如放大器）。

对发射机增益进行温度补偿则更加常见。这种温度补偿常见的有两种目的：一种是“看得见的”，通常对没有闭环功控的系统（如前述GSM和Bluetooth），这类系统通常对输出功率精确度要求不高，所以系统可以应用温度补偿曲线（函数）来使RF链路增益保持在一个区间之内，这样当基带IQ功率固定而温度发生变化时，系统输出的RF功率也能保持在一定范围之内；另一种是“看不见的”，通常是在有闭环功控的系统中，虽然天线口的RF输出功率是由闭环功控精确控制的，但是我们需要保持DAC输出信号在一定范围内（最常见的例子是基站发射系统数字预失真（DPD）的需要），那么我们就需要将整个RF链路的增益比较精确的控制在某个值左右——温补的目的就在于此。

发射机温补的手段一般有可变衰减器或者可变放大器：早期精度稍低以及低成本精度要求较低的情况下，温补衰减器比较常见；对精度要求更高的情形下，解决方案一般是：温度传感器＋数控衰减器／放大器＋生产校准。

9.4 发射机功率控制

讲完动态范围和温度补偿，我们来讲一个相关的、而且非常重要的概念：功率控制。

发射机功控是大多数通信系统中必需的功能，在3GPP中常见的诸如ILPC、OLPC、CLPC，在RF设计中都是必需被测试、经常出问题、原因很复杂的。我们首先来讲发射机功控的意义。

所有的发射机功控目的都包含两点：功耗控制和干扰抑制。

我们首先说功耗控制：在移动通信中，鉴于两端距离变化以及干扰电平高低不同，对发射机而言，只需要保持“足够让对方接收机准确解调”的信号强度即可；过低则通信质量受损，过高则空耗功率毫无意义。对于手机这样以电池供电的终端更是如此，每一毫安电流都需锱铢必量。

干扰抑制则是更加高级的需求。在CDMA类系统中，由于不同用户共享同一载频（而以正交用户码得以区分），因此在到达接收机的信号中，任何一个用户的信号对于其他用户而言，都是覆盖在同一频率上的干扰，若各个用户信号功率有高有高低，那么高功率用户就会淹没掉低功率用户的信号；因此CDMA系统采取功率控制的方式，对于到达接收机的不同用户的功率（我们称之为空中接口功率，简称空口功率），发出功控指令给每个终端，最终使得每个用户的空口功率一样。这种功控有两个特点：第一是功控精度非常高（干扰容限很低），第二是功控周期非常短（信道变化可能很快）。

在LTE系统中，上行功控也有干扰抑制的作用。因为LTE上行是SC-FDMA，多用户也是共享载频，彼此间也互为干扰，所以空口功率一致同样也是必需的。

GSM系统也是有功控的，GSM中我们用“功率等级”来表征功控步长，每个等级1dB，可见GSM功率控制是相对粗糙的。

干扰受限系统

这里提一个相关的概念：干扰受限系统。CDMA系统是一个典型的干扰受限系统。从理论上讲，如果每个用户码都完全正交、可以通过交织、解交织完全区分开来，那么实际上CDMA系统的容量可以是无限的，因为它完全可以在有限的频率资源上用一层层扩展的用户码区分无穷多的用户。但是实际上由于用户码不可能完全正交，因此在多用户信号解调时不可避免的引入噪声，用户越多噪声越高，直到噪声超过解调门限。

换而言之，CDMA系统的容量受限于干扰（噪声）。

GSM系统不是一个干扰受限系统，它是一个时域和频域受限的系统，它的容量受限于频率（200kHz一个载频）和时域资源（每个载频上可共享8个TDMA用户）。所以GSM系统的功控要求不高（步长较粗糙，周期较长）。

9.5 发射机功率控制与发射机RF指标

讲完发射机功控，我们进而讨论一下在RF设计中可能影响发射机功控的因素（相信很多同行都遇到过闭环功控测试不过的郁闷场景）。

对于RF而言，如果功率检测（反馈）环路设计无误，那么我们对发射机闭环功控能做的事情并不多（绝大多数工作都是由物理层协议算法完成的），最主要的就是发射机带内平坦度。

因为发射机校准事实上只会在有限的几个频点上进行，尤其在生产测试中，做的频点越少越好。但是实际工作场景中，发射机是完全可能在频段内任一载波工作的。在典型的生产校准中，我们会对发射机的高中低频点进行校准，意味着高中低频点的发射功率是准确的，所以闭环功控在进行过校准的频点上也是无误的。然而，如果发射机发射功率在整个频段内不平坦，某些频点的发射功率与校准频点偏差较大，因此以校准频点为参考的闭环功控在这些频点上也会发生较大误差乃至出错。

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