引言

在设计需要阻抗控制的多层电路时，印制电路板(printedcircuitboard，PCB)设计师需要与熟悉射频(radiofrequency，RF)PCB布局的工程师密切合作，包括混合信号应用专家。RF工程师在规划RF电路板和对应适用于特定元器件的制造指南时，可为PCB设计师提供“最佳实践”指导，推荐有资质的PCB制造商，并指定适合应用的基材和铜箔材料。

受控阻抗是传输导体相对于参考平面的特征阻抗。当高频信号跨越RF电路相邻层的传输线时，阻抗控制最为重要;一致的受控阻抗对实现信号完整性，以及提供具有最小失真的信号至关重要。RF工程师可指导PCB设计师在分层方案中确定覆铜玻纤增强芯材的厚度和位置，并确定层压过程中用于连接层的半固化片材料厚度。

关键问题是确定介质芯材的厚度。介质厚度将决定信号层上的导体与“参考平面”层的物理距离。以下是RF工程设计专家给出的一些“最佳实践”。

1  RF 传输导体

须注意防止信号导体之间出现意外耦合｡导 体之间的间距应尽可能远，避免在距离较近的地 方进行长距离布线｡平行微带线导体之间的耦合，随着间距的减小及平行布线长度的增加而增加｡ 在不同电路层上交叉的导体应具有铜接地层，以 提供隔离｡承载高功率级别的导体应尽可能与所 有其他信号导体隔开｡

1.1 高速数字信号导体

将高速数字信号线单独布设在与 RF 信号线不 同的层，以防止发生耦合｡数字噪声 (来自时钟､锁相环 (phase-locked loop,PLL)) 会耦合到 RF 信号线上，并会调制到 RF 载波上｡另外，在某些 情况下，数字噪声可进行上 / 下转变｡

1.2 电源和接地去耦合

在主电源电压分布节点，并在电源电压分支 处设置去耦合 / 旁路电容｡基于 RF 集成电路的整 体频率响应，以及来自时钟和 PLL 的任何数字噪 声的预期频率分布特性，选择旁路电容值｡这些 电源线也应与任何将传输大量 RF 功率的 RF 线 分开｡

1.3 RF 射频应用的导体规划

用于传输 RF 信号的导体有微带和带状线 2 种 基本类型｡这 2 类导体的主要区别是信号导体相 对于参考平面的位置｡当高频信号在相邻铺设的 传输线上交叉时，阻抗控制最为重要｡微带导体 将布线在基板的外表面，而带状线导体则夹在 2 个参考平面之间｡带状线用于受控阻抗应用的典 型传输线如图 1 所示｡带状线功能与微带相同，但 RF 信号的顶部和底部都被接地包围｡接地平面 提供隔离，以尽量减少外界通过 RF 信号传输对微 带的干扰｡

图1　带状线侧形变化

差分对中2个导体之间的间距不应超过导体宽度的两倍。例如，0.10mm宽的差分导体对之间的距离不应大于0.20mm，单个导体宽度不应超过相邻信号层与参考层之间介质厚度的2倍。

1.4高频RF信号问题

对甚高频电路应用，导体的表面光滑度是主要关注点。为解决这一问题，铜箔供应商努力提供更好的表面，为最大限度地提高铜与介质的附着力，引入了氧化物替代粘合处理，在层压之前施加于内层导体时，可提供更光滑的表面。

1.5信号线隔离

必须小心防止信号线之间的意外耦合。预防潜在耦合措施包括:RF传输导体之间应尽可能远离，避免在距离较近的地方长距离布线。平行微带线之间的耦合将随着间距的减小和平行布线距离的增加而增加。在不同层上交叉的导体，应有接地平面分隔。承载高功率的信号导体应尽可能远离所有其他线。接地共面波导在线之间提供了极好的隔离。在小型PCB上的RF导体之间实现比约−45dB更好的隔离是不切实际的。

1.6高速数字信号导体与RF信号线

高速数字信号导体与RF信号线应分别布线在不同的层上，以防止耦合。数字噪声(来自时钟､PLL等)可能会耦合到RF信号线上，RF信号线可被调制到RF载波上。或者，在某些情况下，数字噪声可进行上/下转变。同样，应在专用层上布线电源电压/电源互连。此外，应在主电源电压分布节点及电源电压分支处提供足够的去耦合/旁路电容。旁路电容的选择必须基于RFIC的整体频率响应及时钟和PLL产生的任何数字噪声的预期频率分布特性。这些导体也应与任何将传输大量RF功率的RF线分开。

1.7接地平面

假设第1层用于RF元器件和传输线，推荐在第2层上使用实心(连续)的接地平面。对带状线和偏置带状线变体，中心导体上方和下方需要接地平面。上述平面不得共享或分配给信号或电源网络，仅须分配给接地。层上的部分接地平面，有时是设计约束条件所要求的，必须位于所有RF元器件和传输线的下方。传输线布线下方的接地平面必须是连续的。此外，应在PCB的RF部分大量添加层间的接地通孔，有助于防止因接地电流返回路径而产生寄生接地电感。通孔还有助于防止PCB上RF和其他信号线的交叉耦合。

2  关于偏置和接地层的特别考虑因素

须根据元器件的返回电流，考虑分配给系统偏置(直流电源)和接地的层。通用指南是不要在偏置层和接地层之间的层上布信号。

2.1电源(偏置)布线和电源去耦合

如果1个元器件有多个电源连接，常见的做法是电源布线采用“星形”结构。将较大的去耦合电容(数十μF)安装在星形的“根部”，较小的电容安装在每个星形分支。较小电容的值取决于RFIC的工作频率范围及其特定功能(即级间与主电源去耦合)。

2.2选择去耦合或旁路电容器

由于实际电容有自谐振频率(self-resonantfrequency，SRF)，因此，其有效频率范围有限。可从制造商处获得SRF，但有时须通过直接测量来表征。在SRF上，电容器具有电感性的，因此，其不会执行去耦合或旁路功能。当需要宽带去耦合时，标准做法是使用多个尺寸(电容)越来越大的电容，并联连接所有电容。

较小值的电容器通常具有较高的SRF(例如，在SRF为14GHz的0402SMT封装电容为0.2pF)，而较大值的电容器具有较低的SRF(例如，SRF为4GHz的同样封装的电容为2pF)。电容值选择指南见表1。

表1　电容值选择指南

注:有效频率范围低端的定义为容抗电阻小于5Ω。资料来源:MaximIntegrated公司。

2.3旁路电容器布局考虑因素

电源线须为交流接地，因此，尽量减少将其添加到交流接地回路中的寄生电感，这非常重要。这些寄生电感可能是由布局或元器件朝向选择引起的，例如去耦合电容接地的朝向。将顶层电源电压焊盘连接到内部电源平面(层)的通孔可能会阻碍交流接地电流的返回，迫使返回路径更长，进而导致更高的寄生电感。流入电源电压引脚的任何交流电流在返回内部接地层之前，均会通过旁路电容器到达其接地侧。这种结构为旁路电容和相关通孔提供了最小的总占地面积。

3  结 语

与开发RF主导产品的公司合作的设计师可能已经在射频方面积累了丰富的经验，但对大多数人来说，还需要学习更多知识。为开发需要控制阻抗的电路板而做准备，设计师可从指定的PCB供应商(即负责制造电路板的实际公司)那里获得大量指南。

【本文转自公众号电子首席情报官ECIO，转载仅供学习交流。】