在PCB设计中，射频电路和数字电路如何和谐共处？ (在pcb工程项目中,共有几种类型的文件)

单片射频器件大大方便了一定范围内监听通信领域的应用，采用合适的微*和天线并结合此收发器件即可构成完整的监听通信链路。它们可以集成在一块很小的电路板上，应用于*数字音频、数字*数据传输*，监听遥控和遥测*，*数据采集*，监听网络以及监听安全防范*等众多领域。

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　　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*）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*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*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*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监听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-6（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*，这样一来，监听设备工作性能就会恶化，甚至完全不能工作。　　2、RF电路和数字电路做在同一PCB上的常见问题　　不能充分的隔离敏感线路和噪声信号线是常常出现的问题。如上所述，数字信号具有高的摆幅并包含大量高频谐波。如果PCB板上的数字信号布线邻近敏感的模拟信号，高频谐波可能会耦合过去。RF器件的最敏感节点通常为锁相环（PLL）的环路滤波电路，外接的压控振荡器（VCO）电感，晶振基准信号和天线端子，电路的这些部分应该特别仔细处理。　　（1）供电电源噪声　　由于输入/输出信号有几V的摆幅，数字电路对于电源噪声（小于mV）一般可以接受。而模拟电路对于电源噪声却相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。因此，在包含RF（或其他模拟）电路的PCB板上的电源线布线必须比在普通数字电路板上布线更加仔细，应避免采用自动布线。同时也应注意到，微*（或其他数字电路）会在每个内部时钟周期内短时间突然吸入大部分电流，这是由于现代微*都采用CMOS工艺设计。因此，假设一个微*以1MHz的内部时钟频率运行，它将以此频率从电源提取（脉冲）电流，如果不采取合适的电源去耦，必将引起电源线上的电压毛刺。如果这些电压毛刺到达电路RF部分的电源引脚，严重的可能导致工作失效，因此必须保证将模拟电源线与数字电路区域隔开。　　（2）不合理的地线　　RF电路板应该总是布有与电源负极相连的地线层，如果处理不当，可能产生一些奇怪的现象。对于一个数字电路设计者来说这也许难于理解，因为即使没有地线层，大多数数字电路功能也表现良好。而在RF频段，即使一根很短的线也会如电感一样作用。粗略计算，每mm长度的电感量约为1nH，MHz时mm*的感抗约为Ω。如果不采用地线层，大多数地线将会较长，电路将无法保证设计特性。　　（3）天线对其他模拟部分的辐射　　在包含射频和其他部分的电路中，这一点经常被忽略。除了RF部分，板上通常还有其他模拟电路。例如，许多微*内置模数转换器（ADC）用于测量模拟输入以及电池电压或其他参数。如果射频发送器的天线位于此PCB附近（或就在此PCB上），发出的高频信号可能会到达ADC的模拟输入端。不要忘记任何电路线路都可能如天线一样发出或接收RF信号。如果ADC输入端处理不合理，RF信号可能在ADC输入的ESD二极管内自激，从而引起ADC的偏差。　　3、RF电路和数字电路做在同块PCB上的解决方案　　以下给出在大多数RF应用中的一些通用设计和布线策略。然而，遵循实际应用中RF器件的布线建议更为重要。　　（1）一个可靠的地线层面　　当设计有RF元件的PCB时，应该总是采用一个可靠的地线层。其目的是在电路中建立一个有效的0V电位点，使所有的器件容易去耦。供电电源的0V端子应直接连接在此地线层。由于地线层的低阻抗，已被去耦的两个节点间将不会产生信号耦合。对于板上多个信号幅值可能相差dB，这一点非常重要。在表面贴装的PCB上，所有信号布线在元件安装面的同一面，地线层则在其反面。理想的地线层应覆盖整个PCB（除了天线PCB下方）。如果采用两层以上的PCB，地线层应放置在邻近信号层的层上（如元件面的下一层）。另一个好方法是将信号布线层的空余部分也用地线平面填充，这些地线平面必须通过多个过孔与主地线层面连接。需要注意的是：由于接地点的存在会引起旁边的电感特性改变，因此选择电感值和布置电感是必须仔细考虑的。　　（2）缩短与地线层的连接距离　　所有对地线层的连接必须尽量短，接地过孔应放置在（或非常接近）元件的焊盘处。决不要让两个地信号共用一个接地过孔，这可能导致由于过孔连接阻抗在两个焊盘之间产生串扰。　　（3）RF去耦　　去耦电容应该放置在尽可能靠近引脚的位置，每个需要去耦的引脚处都应采用电容去耦。采用高品质的陶瓷电容，介电类型最好是“NPO”，“X7R”在大多数应用中也能较好工作。理想的选择电容值应使其串联谐振等于信号频率。例如MHz时，SMD贴装的pF电容将良好工作，此频率时，电容的容抗约为4Ω，过孔的感抗也在同样范围。串联的电容和过孔对于信号频率形成一个陷波滤波器，使之能有效的去耦。MHz时，pF电容是一个理想的选择。除了RF去耦的小值电容，一个大值电容也应放置在电源线路上去耦低频，可选择一个2.2μF陶瓷或μF的钽电容。　　（4）电源的星形布线　　星形布线是模拟电路设计中众所周知的技巧（如图1所示）。星形布线———电路板上各模块具有各自的来自公共供电电源点的电源线路。在这种情况下，星形布线意味着电路的数字部分和RF部分应有各自的电源线路，这些电源线应在靠近IC处分别去耦。这是一个隔开来自数字部分和来自RF部分电源噪声的有效方法。如果将有严重噪声的模块置于同一电路板上，可以将电感（磁珠）或小阻值电阻（Ω）串联在电源线和模块之间，并且必须采用至少μF的钽电容作这些模块的电源去耦。这样的模块如RS驱动器或开关电源稳压器。

　　（5）合理安排PCB布局　　为减小来自噪声模块及周边模拟部分的干扰，各电路模块在板上的布局是重要的。应总是将敏感的模块（RF部分和天线）远离噪声模块（微*和RS驱动器）以避免干扰。　　（6）*RF信号对其他模拟部分的影响　　如上所述，RF信号在发送时会对其他敏感模拟电路模块如ADC造成干扰。大多数问题发生在较低的工作频段（如MHz）以及高的功率输出水平。用RF去耦电容（pF）连接到地来去耦敏感点是一个好的设计习惯。　　（7）在板环形天线的特别考虑　　天线可以整体做在PCB上。对比传统的鞭状天线，不仅节省空间和生产成本，机构上也更稳固可靠。惯例中，环形天线（loopantenna）设计应用于相对较窄的带宽，这有助于抑制不需要的强信号以免干扰*。应注意到环形天线（正如所有其他天线）可能收到由附近噪声信号线路容性耦合的噪声。它会干扰*，也可能影响发送器的调制。因此在天线附近一定不要布数字信号线路，并建议在天线周围保持*空间。接近天线的任何物体都将构成调谐网络的一部分，而导致天线调谐偏离预想的频点，使收发辐射范围（距离）减小。对于所有的各类天线必须注意这一事实，电路板的外壳（外围包装）也可能影响天线调谐。同时应注意去除天线面积处的地线层面，否则天线不能有效工作。　　（8）电路板的连接　　如果用电缆将RF电路板连接到外部数字电路，应使用双绞线缆。每一根信号线必须和GND线双绞在一起（DIN/GND，DOUT/GND，CS/GND，PWR_UP/GND）。切记将RF电路板和数字应用电路板用双绞线缆的GND线连接起来，线缆长度应尽量短。给RF电路板供电的线路也必须与GND双绞（VDD/GND）。　　结论　　迅速发展的射频集成电路为从事监听数字音频、*数据传输*，监听遥控、遥测*，监听数据采集*，*网络以及监听安全防范*等设计的工程技术人员解决*应用的瓶颈提供了最大的可能。同时，射频电路的设计又要求设计者具有一定的实践经验和工程设计能力。本文是笔者在实际开发中总结的经验，希望可以帮助众多射频集成电路开发者缩短开发周期，避免走不必要的弯路，节省人力和财力。