无线通讯高频PCB设计

近年来在无线通信、光纤通信、高速数据网络产品不断推出,信息处理高速化、无线模拟前端模块化,这些对数字信号处理技术、IC工艺、微波PCB设计提出新的要求,另外对PCB板材和PCB工艺提出了更高要求。如商用无线通信要求使用低成本的板材、稳定的介电常数、低的介电损耗。具体到手机的PCB板材,还需要有多层层压、PCB加工工艺简易、成品板可靠性高、体积小、集成度高、成本低等特点。为了挑战日益激烈的市场竞争,电子工程师必须在材料性能、成本、加工工艺难易及成品板的可靠性间采取折衷。
 
在PCB设计中,设计者选取板材考虑如下关键因素:
无线通讯高频PCB设计
(1)信号工作频率不同对板材要求不同。
 
(2)工作在1GHz以下的PCB可以选用FR4,成本低、多层压制板工艺成,在布线时需要严格考虑传输线特性阻抗和熟。如信号入出阻抗较低5 线间耦合,缺点是不同厂家以及不同批生产的FR4板材掺杂不同,介电常数不同且不稳定。
 
(3)工作在622Mb/s以上的光纤通信产品和1G以上3GHz以下的小信号微波收发信机,可以选用改性环氧树脂材料如S1139,由于其介电常数在10GHz时比较稳定、成本较低、多层压制板工艺与FR4相同。如622Mb/s数据复用分路、时钟提取、小信号放大、光收发信机等处建议采用此类板材,以便于制作多层板且板材成本略高于FR4,缺点是基材厚度没有FR4品种齐全。或者,采用RO4000系列如RO4350,但目前国内一般用的是RO4350双面板。缺点是:这两种板材不同板厚品种数量不齐全,由于板厚尺寸要求,不便板材厂家生产的规格有10mil/20mil/30mil/60mil于制作多层印制板。RO4350,如等四种板厚,而目前国内进口品种更少,因此限制了层压板设计。
 
(4)3GHz以下的大信号微波电路如功率放大器和低噪声放大器建议选用类似RO4350的双面板材,RO4350介电常数相当稳定、损耗因子较低、耐热特性。好、加工工艺与FR4相当。其板材成本略高于FR4。
 
(5)10GHz以上的微波电路如功率放大器、低噪声放大器、上下变频器等对板材要求更高,建议采用性能相当于F4的双面板材。
 
(6)无线手机多层板PCB板材要求板材介电常数稳定度、损耗因子较低、成本较低、介质屏蔽要求高,建议选用性能类似PTFE的板材,或FR4和高频板组合粘接组成低成本、高性能层压板。高频板材铜高频板材粘接膜高频板材FR4FR4聚脂胶片铜FR4聚脂胶片FR4铜,射频/数字多层板结构典型射频/数字多层板结构,基于RO4350板材的层压板,其可能的带状线和微带传输线结构。5高频板PCB工艺根据以上对传输线特性介绍,进一步可以从线宽、过孔、线间串扰、屏蔽等6 四个方面说明高频

PCB设计需要注意的细节地方。
 
A、数字、模拟低频小信号PCB设计中,除了在数字地和模拟地分割外,还需对小信号布线区铺地,地与信号线间隔大于线宽。
 
B、数字、模拟高频小信号PCB设计中,还需在高频部分加屏蔽罩或铺地过孔隔离措施。
 
C、高频大信号PCB设计中,高频部分需以独立的功能模块设计并加屏蔽盒以减少高频信号对外的辐射。如光纤155M、622M、2Gb/s的收发模块。多层PCB布板,双面放器件。双工器天线中频收发语音/码片/电源控制红外发射功放射频收发频率源CPU。
 
(1)2.4GHz扩频数字微波中继板材选取其结构包括2M数字接口、20M扩频解扩、70M中频调制解调板。我们采用FR4板材,四层PCB板,大面积铺地,高频模拟部分电源采用电感扼流圈与数字部分隔离。2.4GHz射频收发信机采用F4双面板,收发分别用金属盒屏蔽,电源入端滤波。
 
(2)1.9GHz射频收发信机其中,功率放大器采用PTFE板材,双面PCB板;射频收发信机采用PTFE板材,四层PCB板。都是采用大面积铺地,功能模块屏蔽罩隔离措施。
 
(3)140MHz中频收发信机顶层用0.3mm的S1139板材,大面积铺地,过孔隔离。
 
(4)70MHz中频收发信机采用FR4板材,四层PCB板。大面积铺地,功能模块隔离带用一串过孔隔离。
 
(5)30W功率放大器采用RO4350板材,双面PCB板。大面积铺地,间距约束大于等于50欧姆线宽,用金属盒屏蔽,电源入端滤波。
 
(6)2000MHz微波频率源采用0.8mm厚的S1139板材,双面PCB板。无线领域的器件涉及广泛,应用较为复杂,尤其是当前无线通信市场竞争激烈,产品的价格和面市时间越来越成为竞争焦点,因此,电子工程师的PCB设计不能单纯考虑技术的先进性,必须从多方面折中考虑,平衡技术先进性、价格优势和缩短产品上市时间等关键因素,提高产品的竞争力。
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