RF电路

单片射频器件大大方便了一定范围内无线通信领域的应用，采用合适的微控制器和天线并结合此收发器件即可构成完整的无线通信链路。它们可以集成在一块很小的电路板上，应用于无线数字音频、数字视频数据传输系统，无线遥控和遥测系统，无线数据采集系统，无线网络以及无线安全防范系统等众多领域。

<strong>1、数字电路与模拟电路的潜在矛盾</strong>

如果模拟电路（射频） 和数字电路（微控制器） 单独工作可能各自工作良好，但是一旦将两者放在同一块电路板上，使用同一个电源供电一起工作，整个系统很可能就会不稳定。这主要是因为数字信号频繁的在地和正电源（大小3 V） 之间摆动，而且周期特别短，常常是ns 级的。由于较大的振幅和较小的切换时间，使得这些数字信号包含大量的且独立于切换频率的高频成分。而在模拟部分，从天线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于1μV。因此数字信号与射频信号之间的差别将达到10-6（120 dB） 。显然，如果数字信号与射频信号不能很好的分离，微弱的射频信号可能遭到破坏，这样一来，无线设备工作性能就会恶化，甚至完全不能工作。

<strong>2、RF 电路和数字电路做在同块PCB 上的常见问题</strong>

射频电路指处理信号的电磁波长与电路或器件尺寸处于同一数量级的电路，作为PCB设计工程师，你当然得了解。本文，我们就先来学习一些基础术语吧。

<strong>1. 射频 RF(Radio Frequency)</strong>

射频是电磁波按应用划分的定义，专指具有一定波长可用于无线电通信的电磁波。频率范围定义比较混乱，资料中有30MHz至3GHz，也有300MHz至40GHz，与微波有重叠;另有一种按频谱划分的定义，是指波长从1兆m至1m范围内的电磁波，其相应的频率从30Hz至300MHz；射频（RF）与微波的频率界限比较模糊，并且随着器件技术和设计方法的进步还有所变化。

<strong>2. 微波 Microwaves</strong>

微波是电磁波按频谱划分的定义，是指波长从1m至0.1mm范围内的电磁波，其相应的频率从0.3GHz至3000GHz。这段电磁频谱包括分米波(频率从0.3GHz至3GHz)\厘米波(频率从3GHz至30GHz)\毫米波(频率从30GHz至300GHz)和亚毫米波(频率从300GHz至3000GHz，有些文献中微波定义不含此段)四个波段（含上限，不含下限）。具有似光性、似声性、穿透性、非电离性、信息性五大特点。

<strong>1. 引言</strong>
　　
射频（RF）PCB设计，在目前公开出版的理论上具有很多不确定性，常被形容为一种“黑色艺术”。通常情况下，对于微波以下频段的电路（包括低频和低频数字电路），在全面掌握各类设计原则前提下的仔细规划是一次性成功设计的保证。对于微波以上频段和高频的PC类数字电路。则需要2~3个版本的PCB方能保证电路品质。而对于微波以上频段的RF电路．则往往需要更多版本的：PCB设计并不断完善，而且是在具备相当经验的前提下。由此可知RF电路设计上的困难。
　　
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单片射频器件大大方便了一定范围内无线通信领域的应用，采用合适的微控制器和天线并结合此收发器件即可构成完整的无线通信链路。它们可以集成在一块很小的电路板上，应用于无线数字音频、数字视频数据传输系统，无线遥控和遥测系统，无线数据采集系统，无线网络以及无线安全防范系统等众多领域。

<strong>1 数字电路与模拟电路的潜在矛盾</strong>

如果模拟电路（射频） 和数字电路（微控制器） 单独工作可能各自工作良好，但是一旦将两者放在同一块电路板上，使用同一个电源供电一起工作，整个系统很可能就会不稳定。这主要是因为数字信号频繁的在地和正电源（大小3 V） 之间摆动，而且周期特别短，常常是ns 级的。由于较大的振幅和较小的切换时间，使得这些数字信号包含大量的且独立于切换频率的高频成分。而在模拟部分，从天线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于1μV。因此数字信号与射频信号之间的差别将达到10-6（120 dB） 。显然，如果数字信号与射频信号不能很好的分离，微弱的射频信号可能遭到破坏，这样一来，无线设备工作性能就会恶化，甚至完全不能工作。

<strong>2 RF 电路和数字电路做在同块PCB 上的常见问题</strong>

成功的RF设计必须仔细注意整个设计过程中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。而这种细致的设计技巧正是国内大多数电子企业文化所欠缺的。 近几年来，由于蓝芽设备、无线局域网络(WLAN)设备，和行动电话的需求与成长，促使业者越来越关注RF电路设计的技巧。从过去到现在，RF电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样，一直是工程师们最难掌控的部份，甚至是梦魇。若想要一次就设计成功，必须事先仔细规划和注重细节才能奏效。

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」(black art) 。但这只是一种以偏盖全的观点，RF电路板设计还是有许多可以遵循的法则。不过，在实际设计时，真正实用的技巧是当这些法则因各种限制而无法实施时，如何对它们进行折衷处理。重要的RF设计课题包括：阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板、波长和谐波...等，本文将集中探讨与RF电路板分区设计有关的各种问题。

<strong>微过孔的种类</strong>

RF电路布局要想降低寄生信号，需要RF工程师发挥创造性。记住以下这八条规则，不但有助于加速产品上市进程，而且还可提高工作日程的可预见性。

<strong>规则1：接地通孔应位于接地参考层开关处</strong>

流经所布线路的所有电流都有相等的回流。耦合策略固然很多，不过回流通常流经相邻的接地层或与信号线路并行布置的接地。在参考层继续时，所有耦合都仅限于传输线路，一切都非常正常。不过，如果信号线路从顶层切换至内部或底层时，回流也必须获得路径。

图1就是一个实例。顶层信号线路电流下面紧挨着就是回流。当它转移到底层时，回流就通过附近的通孔。不过，如果附近没有用于回流的通孔时，回流就要通过最近可用的接地通孔。更远的距离会产生电流环路，形成电感器。如果这种不必要的电流路径偏移，碰巧又同另一条线路交叉，那么干扰就会更严重。这种电流环路其实相当于形成了一个天线！

单片射频器件大大方便了一定范围内无线通信领域的应用，采用合适的微控制器和天线并结合此收发器件即可构成完整的无线通信链路。它们可以集成在一块很小的电路板上，应用于无线数字音频、数字视频数据传输系统，无线遥控和遥测系统，无线数据采集系统，无线网络以及无线安全防范系统等众多领域。

1 数字电路与模拟电路的潜在矛盾
如果模拟电路(射频) 和数字电路(微控制器) 单独工作可能各自工作良好，但是一旦将两者放在同一块电路板上，使用同一个电源供电一起工作，整个系统很可能就会不稳定。这主要是因为数字信号频繁的在地和正电源(大小3 V) 之间摆动，而且周期特别短，常常是ns 级的。由于较大的振幅和较小的切换时间，使得这些数字信号包含大量的且独立于切换频率的高频成分。而在模拟部分，从天线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于1μV。因此数字信号与射频信号之间的差别将达到10-6(120 dB) 。显然，如果数字信号与射频信号不能很好的分离，微弱的射频信号可能遭到破坏，这样一来，无线设备工作性能就会恶化，甚至完全不能工作。