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怎样提高射频电路PCB设计的可靠性

更新时间:2015-12-21 16:09:13点击次数:683次

随着通信技术的发展,手持无线射频电路技术运用越来越广,如:无线寻呼机、手机、无线PDA等,其中的射频电路的性能指标直接影响整个产品的质量。这些掌上产品的一个最大特点就是小型化,而小型化意味着元器件的密度很大,这使得元器件(包括SMD、SMC、裸片等)的相互干扰十分突出。电磁干扰信号如果处理不当,可能造成整个电路系统的无法正常工作,因此,如何防止和抑制电磁干扰,提高电磁兼容性,就成为设计射频电路PCB时的一个非常重要的课题。同一电路,不同的PCB设计结构,其性能指标会相差很大。本讨论采用Protel99 SE软件进行掌上产品的射频电路PCB设计时,如果最大限度地实现电路的性能指标,以达到电磁兼容要求。

1 板材的选择

印刷电路板的基材包括有机类与无机类两大类。基材中最重要的性能是介电常数εr、耗散因子(或称介质损耗)tanδ、热膨胀系数CET和吸湿率。其中εr影响电路阻抗及信号传输速率。对于高频电路,介电常数公差是首要考虑的更关键因素,应选择介电常数公差小的基材。

2 PCB设计流程

由于Protel99 SE软件的使用与Protel 98等软件不同,因此,首先简要讨论采用Protel99 SE软件进行PCB设计的流程。

①由于Protel99 SE采用的是工程(PROJECT)数据库模式管理,在Windows 99下是隐含的,所以应先键立1个数据库文件用于管理所设计的电路原理图与PCB版图。

②原理图的设计。为了可以实现网络连接,在进行原理设计之间,所用到的元器件都必须在元器件库中存在,否则,应在SCHLIB中做出所需的元器件并存入库文件中。然后,只需从元器件库中调用所需的元器件,并根据所设计的电路图进行连接即可。

③原理图设计完成后,可形成一个网络表以备进行PCB设计时使用。

④PCB的设计。a.PCB外形及尺寸的确定。根据所设计的PCB在产品的位置、空间的大小、形状以及与其它部件的配合来确定PCB的外形与尺寸。在MECHANICAL LAYER层用PLACE TRACK命令画出PCB的外形。b.根据SMT的要求,在PCB上制作定位孔、视眼、参考点等。c.元器件的制作。假如需要使用一些元器件库中不存在的特殊元器件,则在布局之前需先进行元器件的制作。在Protel99 SE中制作元器件的过程比较简单,选择“DESIGN”菜单中的“MAKE LIBRARY”命令后就进入了元器件制作窗口,再选择“TOOL”菜单中的“NEW COMPONENT”命令就可以进行元器件的设计。这时只需根据实际元器件的形状、大小等在TOP LAYER层以PLACE PAD等命令在一定的位置画出相应的焊盘并编辑成所需的焊盘(包括焊盘形状、大小、内径尺寸及角度等,另外还应标出焊盘相应的引脚名),然后以PLACE TRACK命令在TOP OVERLAYER层中画出元器件的最大外形,取一个元器件名存入元器件库中即可。d.元器件制作完成后,进行布局及布线,这两部分在下面具体进行讨论。e.以上过程完成后必须进行检查。这一方面包括电路原理的检查,另一方面还必须检查相互间的匹配及装配问题。电路原理的检查可以人工检查,也可以采用网络自动检查(原理图形成的网络与PCB形成的网络进行比较即可)。f.检查无误后,对文件进行存档、输出。在Protel99 SE中必须使用“FILE”选项中的“EXPORT”命令,把文件存放到指定的路径与文件中(“IMPORT”命令则是把某一文件调入到Protel99 SE中)。注:在Protel99 SE中“FILE”选项中的“SAVE COPY AS…”命令执行后,所选取的文件名在Windows 98中是不可见的,所以在资源管理器中是看不到该文件的。这与Protel 98中的“SAVE AS…”功能不完全一样。

3 元器件的布局

由于SMT一般采用红外炉热流焊来实现元器件的焊接,因而元器件的布局影响到焊点的质量,进而影响到产品的成品率。而对于射频电路PCB设计而言,电磁兼容性要求每个电路模块尽量不产生电磁辐射,并且具有一定的抗电磁干扰能力,因此,元器件的布局还直接影响到电路本身的干扰及抗干扰能力,这也直接关系到所设计电路的性能。因此,在进行射频电路PCB设计时除了要考虑普通PCB设计时的布局外,主要还须考虑如何减小射频电路中各部分之间相互干扰、如何减小电路本身对其它电路的干扰以及电路本身的抗干扰能力。根据经验,对于射频电路效果的好坏不仅取决于射频电路板本身的性能指标,很大部分还取决于与CPU处理板间的相互影响,因此,在进行PCB设计时,合理布局显得尤为重要.

布局总原则:元器件应尽可能同一方向排列,通过选择PCB进入熔锡系统的方向来减少甚至避免焊接不良的现象;根据经验元器件间最少要有0.5mm的间距才能满足元器件的熔锡要求,若PCB板的空间允许,元器件的间距应尽可能宽。对于双面板一般应设计一面为SMD及SMC元件,另一面则为分立元件。

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