避免ISM-RF產品中的PCB布局“缺陷”
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引言
本文引用地址：http://www.czjhyjcfj.com/article/189553.htm工業、科學和醫療射頻(ISM-RF)產品的無數應用案例表明，這些產品的印制板(PCB)布局很容易出現各種缺陷。人們時常發現相同IC安裝到兩塊不同電路板上，所表現的性能指標會有顯著差異。工作條件、諧波輻射、抗干擾能力，以及啟動時間等等諸多因素的變化，都能說明電路板布局在一款成功設計中的重要性。
本文羅列了各種不同的設計疏忽，探討了每種失誤導致電路故障的原因，并給出了如何避免這些設計缺陷的建議。本文以FR-4電介質、厚度0.0625in的 雙層PCB為例，電路板底層接地。工作頻率介于315MHz到915MHz之間的不同頻段，Tx和Rx功率介于-120dBm至+13dBm之間。表1列出了一些可能出現的PCB布局問題、原因及其影響。
表1. 典型的PCB布局問題和影響
| Problem | Cause | Effect |
| LNA/tank circuit arrangement (receiver) | Inductor orientation | RF feedthrough |
| Degeneration/π-network arrangement (transmitter) | Inductor orientation | RF feedthrough |
| Shared ground vias between legs of π network | Via parasitics | Feedthrough, RF leakage |
| Shared ground vias between receiver blocks | Via parasitics | Crosstalk, RF feedthrough, RF leakage |
| Long traces for decoupling capacitors | Higher-impedance connections | Reduced decoupling |
| Wide component placement | Increased parasitics, ground loops | Detuning, crosstalk, feedthrough |
| Colinear traces in the transmitter circuit | Filter bypassing, i.e., power amplifier (PA) directly to antenna | Harmonics radiation |
| Top-layer copper pours | Parasitic coupling | RF leakage, RF interference |
| Discontinuous ground plane | Return current concentration | Crosstalk, feedthrough |
| Crystal connection trace length | Excess capacitance | LO frequency pulling |
| Crystal connection trace separation | Excess capacitance | LO frequency pulling |
| Ground plane under crystal pads | Excess capacitance | LO frequency pulling |
| Planar PCB trace inductors | Poor inductance control | Large footprint, low Q, crosstalk, feedthrough |
其中大多數問題源于少數幾個常見原因，我們將對此逐一討論。
電感方向
當兩個電感(甚至是兩條PCB走線)彼此靠近時，將會產生互感。第一個電路中的電流所產生的磁場會對第二個電路中的電流產生激勵(圖1)。這一過程與變壓器初級、次級線圈之間的相互影響類似。當兩個電流通過磁場相互作用時，所產生的電壓由互感LM決定：
式中，YB是向電路B注入的誤差電壓，IA是在電路A作用的電流1。LM對電路間距、電感環路面積(即磁通量)以及環路方向非常敏感。因此，緊湊的電路布局和降低耦合之間的最佳平衡是正確排列所有電感的方向。
圖1. 由磁力線可以看出互感與電感排列方向有關
對電路B的方向進行調整，使其電流環路平行于電路A的磁力線。為達到這一目的，盡量使電感互相垂直，請參考低功率FSK超外差接收機評估(EV)板(MAX7042EVKIT)的電路布局(圖2)。該電路板上的三個電感(L3、L1和L2)距離非常近，將其方向排列為0°、45°和90°，有助于降低彼此之間的互感。
圖2. 圖中所示為兩種不同的PCB布局，其中一種布局的元件排列方向不合理(L1和L3)，另一種的方向排列則更為合適。
綜上所述，應遵循以下原則：
電感間距應盡可能遠。
電感排列方向成直角，使電感之間的串擾降至最小。
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