RF PCB设计规范V1[1].0.(1)doc

密级：编号：XC-200806福建先创电子有限公司射频印制电路板（RFPCB）设计规范版本：V1.0文件起草部门：研发2部起草人：起草日期：部门负责人：主管领导审核：审核日期：批准：批准日期：RFPCB设计规范V.1.01、目的射频印制电路板（RFPCB）设计是公司有源产品的基础。本规范规定了RF单板PCB设计过程中需要关注的细节、设计流程和设计原则，以减少PCB设计的随意性和盲目性，达到从设计源头提高产品质量，从设计源头降低产品成本的目的。2、范围本规范适用于射频有源电路设计。3、责任本规范针对公司从事射频有源电路设计的所有射频工程师,由本部门射频工程师执行和维护。注意细节是每个优秀RF工程师的基本素质，降低成本是每个优秀RF工程师的基本职责。4、说明RFPCB设计技术是公司基于长期微带电路工艺发展起来的微波电路技术。成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中的每个步骤及每个细节，这意味着必须在设计开始阶段就要进行彻底的、仔细的规划，并对每个设计步骤的进展进行全面持续的评估。射频(RF)电路板设计由于在理论上还有很多不确定性，因此常被形容为一种「黑色艺术」(blackart)，遵守一些基本的RF设计规则和参考一些优异的设计实例将有助于完成RF设计工作。5、PCB设计流程5.1.1根据公司产品的“设计开发控制程序”文件（见附件），射频工程师在需要进行PCB设计时，经其项目经理批准后，流程状态到达PCB设计审批，项目人员须准备好以下资料：A.经过评审的项目开发计划和电路方案；B.理解设计要求并制定设计计划；C.完全正确的原理图，包括纸面文件和电路仿真电子件；D.拟定PCB结构图，应标明外形尺寸、安装孔大小及定位尺寸、接插件定位尺寸、禁止布线区等相关尺寸；E.已有PCB元件封装库的选用应确认无误，对于新器件，需要提供封装资料；F.需过波峰焊的SMT器件要求使用表面贴波峰焊盘库，公司建立统一的PCB元第2页共24页件封装库；G..根据原理图设计工具的特性创建网络表，保证网络表的正确性和完整性H..根据单板结构图或对应的标准板框,创建PCB设计文件,确定单板左下角的第一个焊盘；以上资料经审批合格并指定PCB设计者后方可开始PCB设计。5.2.1PCB设计者完成设计后，须按本设计规范自查修改，填写《PCB设计申请表》和《PCB加工申请单》（见附件），经项目经理审查和外壳CAD设计人员结构核查后，送技术主管审批。5.3.1PCB设计者完成送审后，须做好焊接图和元器件清单。焊接图和元器件清单的错误会造成产品开发进度的延误和不必要的浪费。这是一项细密的工作，PCB设计者务必保证准确无误，需调整的元器件也要认真选择。5.4.1PCB钢板的制作，由指定的人员进行。5.5.1PCB的改版，通过调试和实验后，没达到预定的技术指标，需确定改版方案，报审批后进行。6、定义RF印制电路板——RFprintedcircuitboard，是指基于微带电路的微波集成电路。在绝缘基材上（介质材料），按预定设计形成印制元件或印制线路以及两者结合的导电图形的印制板。如图1所示，为低噪产品的电路板。TOP面——封装和互连结构的一面，此面称做“元器件面”，在布设总图上就作了规定，该面通常含有最复杂的连线图形和多数的元器件等，有时称做“焊接面”。如图1所示：第3页共24页点击TOP层，显示红色，黄色为丝印层，显示器件封装，始终置于最上层。图1BOTTOM面——封装及互连结构的底面，它是主面的反面，微带电路的‘接地’面，此面称做“底面”。如图2所示：点击BOTTOM层，显示蓝色，BOTTEM层与外壳直接接触以接地，此面一般不放置元器件图2第4页共24页微带线（Microstip）——是指基于微带电路的微波传输线。如图3所示：图3微带线，用来进行微波信号传输，不同材质和介电常数的PCB板微带线的宽度不一样。金属化孔——platedthroughhole。孔壁镀覆金属的孔。用于接地,主面和反面导电图形之间的连接。同义词：镀覆孔。如图4、5所示：螺丝孔，用于使TOP层的接地部份接地良好。接地孔，用于使TOP层的接地部份接地良好。图4通孔，用于TOP面与BOTTEN面的导电连接。图5非金属化孔——unsupportedhole。没有用电镀层或其他导电材料加固的孔。第5页共24页7.设计规则7.1.1板材的选用（附表）开发人员通常需要根据电路的特性和产品成本综合选择板材，常见的RFPCB板材分为普通板材和RF专用板材两种。1)普通板材FR4（阻燃型覆铜箔环氧玻璃布层压板）是一种混合物，称为“生益板”。介电常数取决于玻璃布和环氧树脂的成分比例，所以介电常数范围较宽，在23摄氏度和1GHz频率下测试为Er=4.2±0.5，损耗角正切为0.016。该板材价格便宜，一般用于微波低段1GHz以下的小信号电路。其中S1860，性能价格比较好，可用于1GHz以上的小信号电路，50欧微带线宽度取2倍板材厚度。由于该板材介电常数不稳定，随着温度和频率的变化率大。在正常工作温度范围内，介电常数与温度的关系基本呈线性，温度每升高10度，介电常数降低0.1。假设20摄氏度时为4.2，到80摄氏度时介电常数就只有3.6。不宜做分布参数的功放匹配电路和2GHz以上电路板材。2)RF专用板材Rogers和Arlonr公司系列板材为RF专用板材，RO4003、RO4350是常用的高性能高频板材。主要特点是介电常数很稳定，随温度和频率的变化率比FR4小，介质损耗角正切也很小。适合于对分布参数敏感的VCO电路、损耗要求高的功放、LNA输入电路等，PCB加工工艺和普通的FR4相同。公司常用的4003板材，介电常数3.38。对应0.8mm（30mils）板材厚度，其50欧微带线宽度取1.75mm。PTFE（聚四氟乙烯）材料，介电常数2.45，随着频率的变化率很小，损耗极小，抗烧毁。但价格高，板材货期长，仅用于专用场合，如200W以上的高功率模块。板材型号厚度50Ω线宽λ/4介电常数介质角损耗适用频率0.8mm0.0161.60mm普通生益板4.2±0.51G以下46.6S18600.8mm3.60.0081G~2G1.60mm49.6Ro40030.8mm3.50.002110G以下1.75mm51Ro43500.8mm3.450.003110G以下1.75mm51AD6000.8mm0.00310G以下1.10mm39.8AD2550.8mm0.001810G以下2.20mm57.27.2.1．PCB板布局38±0.08±0.06.152.55第6页共24页RF信号的空偶合常复偶合需以布局对减少不必要的偶合以及干扰等，都有很大的影响。先难后易”的布置原则，即重要的单元电路、核心元器件应当优主信号流向规律安排主要元器满足以下要求：总的连线尽可能短，关键信号线最短，高电压、大电流号分开，高频元器件的间隔要充分。如图6、7所示：离。这一原则也适振幅反馈到它们的输入端，那么它们就有可能产生自激振荡。6或间电磁场现象非杂，有些是我们不要的，所合理的1）遵照“先大后小，先布局。2）布局中应参考原理框图，使用仿真工具，根据单板的件。3）布局应尽量、强信号与小电流，低电压、弱信号完全分开，模拟信号与数字信号分开，高频信号与低频信4）优先摆放电路功能块的核心元件及体积较大的元器件，再以核心元件为中心摆放周围电路元器件。5）RF器件的射频输入端、输出端要布成一字型，外围元件尽量远用于放大器、缓冲器和滤波器等点电路。在最坏的情况下，如果放大器和缓冲器的输出以适当的相位和）RF主信号通道须呈一字型或L型，在特殊情况下（为缩小面积），可采用U型S型分布，但中间须有隔墙保护。如图6所示：L型死隔墙，使模拟信号和强烈辐射源的电路模块数字信号分开，同时也对有采取屏蔽措施主信道出活隔墙，使模拟信号和数字信号分开。RF主信号通道呈U型分布。（主信道入）图6图6功放管为高电压、大电流、强信号，前级平衡放大电路为小电流，低电压、弱信号，彼此间要有间隔充分第7页共24页图7混频器的输入和输出为不同频率信号，彼此间间隔要充分7）有高频连线的元件尽可能靠近，以减少高频信号的分布参数和电磁干扰。如用三个电阻组，这三个电阻尽量互相靠近。如图8成衰减器电路，布局时焊盘可以放在微带线上置所示：4dB衰减桥，三个电阻尽量互相靠近8有强烈辐射源的电路模块都要采取屏蔽或隔离措施。如图6所示：相互不交叉，常规做法是将数/模地分开。如图9、10所示：图8）对于高增益（大于50dB）、大功率（大于10W）的电路；对于某些敏感电路、9）避免高频干扰，也就是所谓的串扰(Crosstalk)。尽可能将数字电路远离模拟电路是一个大原则，或加groundguard/shunttraces在模拟信号旁边。在确保数/模分开布局，数/模信号走线第8页共24页RF并带来各种各样的问题。并经常需要为其设计一个金属屏蔽罩。如图模拟信号与数字信号的模拟信号与数字信号用隔墙分开地也分开图9图1010）高功率RF发射电路，功率大的元件摆放在利于散热的位置上，远离小信号接收电路和捡波电路等，静电敏感器件尽量远离边缘和接口部分；不耐热的器件（温度传感器除外）尽量远离热源。11）如果不能在高功率放大器的电源接脚端对它进行充分的去耦，那么高功率噪音将会辐射到整块电路板上，高功率放大器的接地相当重要，11所示：L型隔墙作高功率放大器的屏蔽罩螺丝用来加固，使放大器接地效果更好。在高功率放大器的边缘均匀布尽量多的螺丝使接地效果更好电源退耦电路第9页共24页图1112）立式器件尽量不要放在单板边缘和容易碰到的地方；相邻电感垂直放置；PCB板反面不要放置元件，除了高选择性中频声表和为降低干扰、把晶体放在反面等。13）每个集成电路块的附近应设置一个高频退耦电容，相距太远退耦电容效果大打折扣，有效的芯片电源去耦电路非常重要。通常每个RF芯片都需要采用2个电容对地和串联一个小电阻或隔离电感来滤波。如图12所示：电容对地电感滤波高频退耦电容如图图1214）电源通常由连接线(connector)引入，去耦电容应在电源输入端就近放置，以滤除任何来自电路板外部的噪音，然后经过一组开关或稳压器之后，进行电源分配。13、14所示：电源退耦电容图13第10页共24页图14电源退耦电容15方向垂直，5mm。离大于2m16）焊接面的贴装元件采用波峰焊接生产工艺时，阻、容件轴向要与波峰焊传送阻排及SOP元器件轴向与传送方向平行；BGA与相邻元件的距离其它贴片元件相互间的距离0.7mm；贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距m；有压接件的PCB，压接的接插件周围5mm内不能有插装元、器件。）可调元件的布局应便于调节，如跳线、可变电容、电位器等。小元件周围不能放置大元件、需调试的元器件周围要有足够的空间。如图15、16所示：此电阻为需调试元件，需放置于方便置换焊接的地方，避免换元件时被其他较高位器件阻挡。图15功放管匹配电容需调试，故应在其周围留有足够位置17些元件的特殊要求，设置禁止布线区。器件距板边距离应大于0.5mm。如图17所示：图16）根据结构图和生产加工时所须的夹持边设置印制板的禁止布局区域。根据某第11页共24页禁止布线区禁止布线区图17）相同结构电路部分，尽可能采用“对称式”标准布局；表贴元件布局时应注意焊盘方向尽量取一致，以利于装焊。如图18所示：18图1819）电路板边框四周倒圆角，倒角半径5mm。特殊情况参考结构设计要求。如图第12页共24页19所示：图19倒圆角20）PCB布局应均匀分布、整齐紧凑、重心平衡、版面美观。7.3.1PCB板布线统的性能，大多数RF设计理论也要最终经过Layout得以实现并验证。RFPCB1）而影响，走线的特性阻抗，负载端的特性阻抗等。2）对应介电常数。FR4板材，50欧微带线宽度取1.60mm。同一网络的RF布线宽度应保持一致，线宽的变化会造成特性阻抗的不均匀，产生反射，在设计中应该尽量避免这种情况。布线（Layout）是PCB设计工程师最基本的工作技能之一，走线的好坏将直接影响到整个系