射頻電路板設(shè)計淺談

陳喜鳳

射頻電路（RF）由于不確定的因素很多，被稱作黑色藝術(shù)（black art），然而，通過經(jīng)過實踐摸索，我們會發(fā)現(xiàn)其也是有章可循，以下將就自己多年工作實踐及前人經(jīng)驗，圍繞這些方面對射頻電路的電路板設(shè)計展開討論：布局、阻抗、疊層、設(shè)計注意事項、包邊、電源處理，表面處理。

1 關(guān)于布局

RF電路布局的原則是RF信號盡量短，且輸入遠離輸出，RF線路最好呈一字排布，其次可以L型排布，也可呈大于90度的鈍角（如135度角）排布，還有U型布局，主要取決空間和走線需要，U型布局是條件實在受限時使用，并控制兩條平行線間距離至少要2mm。濾波器等高敏感器件需要加金屬屏蔽罩，微帶線進出屏蔽罩的地方要開槽。RF區(qū)域和其他區(qū)域（如穩(wěn)壓塊區(qū)域，數(shù)控區(qū)域）要分開布局；高功率放大器、低噪音放大器、頻率綜合器等都需要分開布局，且要用擋墻將它們隔離開來。

2 關(guān)于阻抗

與阻抗相關(guān)的因素有線寬，介質(zhì)板厚度，介質(zhì)板介電常數(shù)，銅皮厚度等。射頻中經(jīng)常是用50歐姆作為阻抗匹配的標(biāo)準(zhǔn)，射頻介質(zhì)板選材通常用羅杰斯系列板材，如羅杰斯4350材質(zhì)的板材，假設(shè)我們選擇0.254mm厚度的，那么根據(jù)仿真，線寬0.55mm，銅皮厚度選擇0.5OZ，此時可以控制阻抗為50歐姆。對于其他型號，其他厚度的板材可根據(jù)其介電常數(shù)及厚度進行仿真，推薦大家使用Polar SI8000阻抗計算工具進行計算，簡單便捷。

3 關(guān)于層疊結(jié)構(gòu)

RF板頂層一般擺放器件和走微帶線，第二層要大面積鋪地網(wǎng)絡(luò)銅皮，底層也要是完整地平面鋪銅直接接觸腔體平面，中間層走信號線，如果線路復(fù)雜，中間需要多層信號線層，那么相鄰的信號線層間應(yīng)添加地平面，且兩個信號線層應(yīng)該垂直走線，即一層線路以橫向為主，另外一層以縱向為主，射頻電路板由于不能使用非地網(wǎng)絡(luò)通孔，所以除了地孔外其他網(wǎng)絡(luò)要使用盲孔設(shè)計，如果八層板，為了有效利用疊層，第七層最好為信號線層，這樣就會出現(xiàn)大量1到7盲孔，在實際加工中，這樣的盲孔設(shè)計會造成電路板嚴(yán)重翹曲，解決的辦法是使用背鉆，即將盲孔按照通孔制作，然后從底部向上控深掏掉此金屬化孔的孔銅至第七八層之間，不要掏到第七層，為了性能更加穩(wěn)定，排除不確定性，可將掏空部分用樹脂填塞

4 關(guān)于電路板設(shè)計中注意事項

1）雙工器、混頻器和中頻放大器總是有多個RF、IF信號相互干擾，因此必須將干擾減到最小。RF與IF走線應(yīng)盡可能走十字交叉，并盡可能在它們之間隔一塊接地銅皮，并多打接地過孔。

2）射頻板的微帶線的2倍線寬范圍內(nèi)盡量少放置非地過孔，且過孔尺寸要盡量小，不僅可以減少路徑電感，這樣主接地平面的鋪銅會盡量完整，并放置射頻信號能量藉由過孔穿遞出去，造成泄漏

3）射頻板的微帶線上要開窗處理，即不要綠油阻焊，實測顯示，對射頻電路性能有改善效果

4）射頻信號的邊緣要在平行于射頻線1.5倍線寬的距離兩邊分別放置一排地孔，此距離不能過近，仿真顯示鋪地若離微帶線過近，一部分RF能量就會耦合到地上，會造成一定的損耗，地孔要小而密，直徑一般0.2mm到0.3mm，距離一般為0.6mm到1mm，此鋪地孔可以抑制微帶線間的串?dāng)_，實際布線中，由于有些電路板內(nèi)層中有信號線，且線路錯綜復(fù)雜，經(jīng)常會有很多地方不能放置隔離孔，那么解決的辦法是，將會碰到信號線的接地地孔改為1到2盲孔形式，這樣就大大的保留了地孔的完整性，串?dāng)_得到有效抑制

5 關(guān)于包邊

電路板的包邊處理，射頻電路板的四周地網(wǎng)絡(luò)金屬化包邊處理可以減少射頻信號的損耗，由于電路板在實際的制作過程中是拼板制作，而對板邊的金屬化制作要求需要包金屬邊處的外形在過孔沉銅前就切開，而此時電路板還沒有制作結(jié)束，所以板與板之間必須要通過一些連接帶連在一起，因此不能全部切開，一般我們會將這些連接帶放置于遠離RF區(qū)域，且盡量的短，一般板廠會要求每邊要有兩處連接帶，且不短于5mm，一般RF輸入輸出之處的微帶線都是要頂?shù)桨暹叺?，在此位置我們都會要求板廠包邊完整，由于包邊是和大地同網(wǎng)絡(luò)，這樣就會和微帶線短路，那么就要求我們的電路板在回到我公司工藝裝配部門后，要用手術(shù)刀對其輕輕刮開一道口，與地網(wǎng)絡(luò)分開，我們之所以這樣做是為了包邊盡量的完整，連接帶遠離RF區(qū)

6 關(guān)于射頻電路電源的處理

眾所周知，電路的電源需要去耦電容對電源進行濾波，去除干擾，RF芯片對電源更加敏感，需要用去耦電容和隔離電感濾電源部分的噪聲干擾，射頻電路的電源應(yīng)該在引入電路板后立刻進行濾波，經(jīng)穩(wěn)壓塊分配給電路中各個部分，為了減少電流損耗及產(chǎn)生壓降，電源最好經(jīng)由內(nèi)層由盲孔傳遞給需要的器件，RF電路的電源一般不需要分割平面，整塊的電源平面會與RF信號互相干擾，因此只需滿足電流要求在內(nèi)層通過線的形式供電，但為了避免壓降，電源線要盡量不要繞來繞去，要盡量短，并且不能和微帶線重疊走線，還要避免環(huán)路，另外芯片周圍的去耦電源引入電源及接地焊盤上的過孔放置要距離電容焊盤盡量近，并且電容的接地焊盤需要大面積鋪設(shè)銅皮，此處應(yīng)該注意過孔應(yīng)該根據(jù)電流大小選擇孔徑及數(shù)量。

7 關(guān)于表面處理

射頻板經(jīng)常需要金絲鍵合，普通表面處理不能夠滿足，常規(guī)要使用電鍍厚金的處理方式，并且控制金厚在2um以上，才可達到金絲鍵合的附著力要求，并且和金的純度有著很大的關(guān)系。由于鍍金工藝要求所以焊盤必須有物理連接，才可以通過電鍍的形式將全部的焊盤鍍上金，這就出現(xiàn)了我們設(shè)計的電路板中本不該連在一起的兩個焊盤之間有一根細細的工藝線，在電路板焊接之前需要手工剔除，不僅耗時還會破壞線路的平滑完整，對于復(fù)雜的多層板留工藝線這樣做不太現(xiàn)實，在實際鍍金過程中，一般是通過在銅皮上壓鋁絲然后再電鍍金，鍍金后剔除鋁絲的方式，這種的弊端就是鋁絲壓絲點處鍍不上金。化學(xué)沉鎳鈀金工藝經(jīng)實踐證明可以實現(xiàn)完美的鍵合效果，并且不需要工藝線，通過控制金屬鎳、鈀、金的厚度即可實現(xiàn)，鎳一般按照常規(guī)厚度無需特殊管控，鈀和金的厚度一般控制在3微英寸即可