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4G 时代 RF 电路与 EMC 的 PCB 设计优化策略

通信技术发展推动无线射频(RF)电路广泛应用于手机、蓝牙产品等,RF 电路成为无线传播核心技术。近年来 4G 普及、数据传输量级激增,给 RF 电路 PCB 设计带来挑战。RF 电路日传输信号量级增长数百倍。且 RF 电路主要用于小型化便携设备,基本要求:体积小、走线均匀合理、微型元件间无干扰。但手机内部元件间电磁干扰似不可避免。通过合理操作可有效降低 EMI 影响。本文提出适用于 RF 电路的合理 PCB 设计,特点:体积小、抗干扰能力强。

基板材料选择

IC 实装于基板,RF 电路首选合适基板材料作为承载模板。考量要素:介电常数、介质损耗、热膨胀系数,其中介电常数最关键,极大影响电路阻抗和传输速度,特别是极高频电路对介电常数要求严格。一般原则:选择介电常数较小的基板材料。

PCB 设计流程

原理图设计

PCB 设计第一步:计算机辅助完成原理图设计。通过包含所有电子模拟元件的 PCB 设计软件实现:先在计算机模拟真实电路绘制电路图,再连接对应元件,基于原理图进行仿真验证基本可行性。

PCB 设计

原理图完成后,基于原理图科学确定 PCB 图形尺寸。根据位置、尺寸、图形等参数优化,使系统达到最优性能。需确定定位孔、基准标记、参考孔位置。定位所有所需元件:普通元件仓库易获取,缺货需采购或制造。PCBCart 拥有专业稳定元器件采购体系可靠依赖。随后按元件分布布线,最后检测电路运行,确保性能达标、基本稳定。

元件布局

RF 电路元件极小,采用 SMT 贴装、红外回流焊焊接微电子元件。焊接质量直接影响整体电路质量。RF 电路 PCB 需在元件间形成良好电磁兼容,这是首要考量。元件间电磁辐射影响各自独立运行,须首选抗干扰能力强的元件。

此外,电路运行电流产生磁场,除考虑元件间干扰,还需考虑电路对其他电路的 EMI。宏观布局至关重要,基本原则:

  1. 元件单排排列。按 PCB 进锡系统方向确定,减少虚焊问题。元件间距≥0.5mm 以便焊锡,过小无法焊接。
  2. 所有接口在 PCB 系统中兼容。位置、尺寸、形状均需考虑,确保顺利连接。复杂电路必然导致电位差,小空间极易短路。高电位元件不宜靠近,高压环境下更需注意。
  3. 整体电路结构仔细考量,划分为独立模块,按模块分布元件。如高频放大电路、混频电路集中布局,有效减小线圈面积、降低损耗和辐射,阻止模块间相互干扰。

走线设计

走线在基础布局后实施,分详细走线和整体走线。前者指模块内部走线,虽可能在 IC 设计中发生,但元件采购前完成初步详细走线,后续仅需微调。整体走线指模块间互联或电源与各模块网络走线。考量方面:模块位置特殊性和距离差异带来限制。将各模块视为点,确定点间连接,生成最短走线长度最优方案,节省材料成本、使电路简洁整齐。

相关资源:
• 确保 PCB EMC 设计一次成功
• PCB 分区设计规则改善 EMC
• RF 与微波 PCB 设计指南
• RF PCB 设计挫折与解决方案
• PCBCart 全功能 PCB 制造服务
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