射频(RF
)电路的电路板布局应在了解电路板结构、电源布线和接地基本准则的根底上进行。本文探讨了相关的基本准则，并供给了一些有用的、经过验证的电源布线、电源旁路和接地技能，可有用进步RF规划的功用目标。考虑到实践规划中PLL杂散信号关于电源耦合、接地和滤波器元件的方位十分灵敏，本文侧重评论了有关PLL杂散信号按捺的办法。为便于阐明问题，本文以MAX2827 802.11a/g收发器的PCB布局作为参阅规划。
一：电源布线和电源旁路的基本准则
规划RF电路时，电源电路的规划和电路板布局常常被留到高频信号通路的规划完结之后。关于没有经过深思熟虑的规划，电路周围的电源电压很简单发生过错的输出和噪声，然后对RF电路的体系功用发生负面影响。合理分配PCB的板层、选用星形拓扑的VCC引线，并在VCC引脚加上恰当的去耦电容，将有助于改进体系的功用，取得最佳目标。
合理的PCB层分配便于简化后续的布线处理，关于一个四层PCB (WLAN中常用的电路板)，在大多数运用顶用电路板的顶层放置元器材和RF引线，第二层作为体系地，电源部分放置在第三层，任何信号线都能够散布在第四层。第二层选用不受搅扰的地平面布局关于树立阻抗受控的RF信号通路十分必要，还便于取得尽或许短的地环路，为第一层和第三层供给高度的电气阻隔，使得两层之间的耦合最小。当然，也能够选用其它板层界说的办法(特别是在电路板具有不同的层数时)，但上述结构是经过验证的一个成功典范。
大面积的电源层能够使VCC布线变得轻松，可是，这种结构常常是导致体系功用恶化的导火线，在一个较大平面上把一切电源引线接在一同将无法防止引脚之间的噪声传输。反之，假如运用星形拓扑则会减轻不同电源引脚之间的耦合。图1给出了星形衔接的VCC布线计划，该图取自MAX2826 IEEE 802.11a/g收发器的评价板。图中树立了一个主VCC节点，从该点引出不同分支的电源线，为RF IC的电源引脚供电。每个电源引脚运用独立的引线，为引脚之间供给了空间上的阻隔，有利于减小它们之间的耦合。别的，每条引线还具有必定的寄生电感，这刚好是咱们所期望的，它有助于滤除电源线上的高频噪声。
 |
|
图1. 星形拓扑VCC布线 |
运用星形拓扑VCC引线时，还有必要采纳恰当的电源去耦，而去耦电容存在必定的寄生电感。事实上，电容等效为一个串联的RLC电路，如图2所示，电容在低频段起主导效果，但在自激振荡频率(SRF) 之后，电容的阻抗将出现出电理性。由此可见，电容器只是在频率挨近或低于其SRF时才具有去耦效果，在这些频点电容表现为低阻。图3给出了不同容值下的典型S11参数，从这些曲线能够清楚地看出它们的SRF，还能够看出电容越大，在较低频率场所供给的去耦功用越好(所出现的阻抗越低)。
 |
|
图2. 电容器的等效电路 |
 |
|
图3. 不同频率下的电容器阻抗改动 |
在VCC星形拓扑的主节点处最好放置一个大容量的电容器，如2.2µF。该电容具有较低的SRF，关于消除低频噪声、树立安稳的直流电压很有用。IC的每个电源引脚需求一个低容量的电容器(如10nF)，用来滤除或许耦合到电源线上的高频噪声。关于那些为噪声灵敏电路（例如，VCO的电源）供电的电源引脚，或许需求外接两个旁路电容。例如：用一个10pF电容与一个10nF电容并联供给旁路，能够供给更宽频率规模的去耦，尽量消除噪声对电源电压的影响。每个电源引脚都需求仔细查验，以确认需求多大的去耦电容，实践电路在哪些频点简单遭到噪声的搅扰。
杰出的电源去耦技能与谨慎的PCB布局、VCC引线(星形拓扑)相结合，能够为任何RF体系规划奠定安定的根底。虽然实践规划中还会存在下降体系功用目标的其它要素，可是，具有一个“无噪声”的电源是优化体系功用的基本要素。
二：RF接地和过孔规划的基本准则
地层的布局和引线相同是WLAN电路板规划的要害，它们会直接影响到电路板的寄生参数，存在下降体系功用的危险。RF电路规划中没有仅有的接地计划，规划中能够经过几个途径到达满意的功用目标。能够将地平面或引线分为模仿信号地和数字信号地，还能够阻隔大电流或功耗较大的电路。依据以往WLAN评价板的规划经历，在四层板中运用独自的接地层能够取得较好的成果。凭仗这些经历，用地层将RF部分与其它电路阻隔开，能够防止信号间的穿插搅扰。如上所述，电路板的第二层一般作为地平面，第一层用于放置元件和RF引线。
接地层确认后，将一切的信号地以最短的途径衔接到地层，一般用过孔将顶层的地线衔接到地层，需求留意的是，过孔出现为理性。过孔的物理模型如图4所示。图5所示为过孔准确的电气特性模型，其间Lvia为过孔电感，Cvia为过孔PCB焊盘的寄生电容。假如选用这儿所评论的地线布局技能，能够疏忽寄生电容。一个1.6mm深、孔径为0.2mm的过孔具有大约0.75nH的电感，在2.5GHz/5.0GHz WLAN波段的等效电抗大约为12/24。因而，一个接地过孔并不能够为RF信号供给真实的接地，关于高品质的电路板规划，应该在RF电路部分供给尽或许多的接地过孔，特别是关于通用的IC封装中的暴露接地焊盘。不良的接地还会在接纳前端或功率扩大器部分发生辐射，下降增益和噪声系数目标。还需留意的是，接地焊盘的不良焊接会引发相同的问题。除此之外，功率扩大器的功耗也需求多个衔接地层的过孔。
 |
|
图4. 过孔的物理模型 |
 |
|
图5. 过孔的电气模型 |
滤除其它电路的噪声、按捺本地发生的噪声，然后消除级与级之间经过电源线的穿插搅扰，这是VCC去耦带来的优点。假如去耦电容运用了同一接地过孔，因为过孔与地之间的电感效应，这些衔接点的过孔将会承载来自两个电源的悉数RF搅扰，不只丧失了去耦电容的功用，并且还为体系中的级间噪声耦合供给了别的一条通路。
在本文第三部分的评论中将会看到，PLL的完成在体系规划中总是面对巨大应战，要想取得满意的杂散特性有必要有杰出的地线布局。现在，IC规划中将一切的PLL和VCO都集成到了芯片内部，大多数PLL都使用数字电流电荷泵输出经过一个环路滤波器操控VCO。一般，需求用二阶或三阶的RC环路滤波器滤除电荷泵的数字脉冲电流，得到模仿操控电压。接近电荷泵输出的两个电容有必要直接与电荷泵电路的地衔接。这样，能够阻隔地回路的脉冲电流通路，尽量减小LO中相应的杂散频率。第三个电容(关于三阶滤波器)应该直接与VCO的地层衔接，以防止操控电压随数字电流起浮。假如违反这些准则，将会导致相当大的杂散成分。
图6所示为PCB布线的一个典范，在接地焊盘上有许多接地过孔，答应每个VCC去耦电容有其独立的接地过孔。方框内的电路是PLL环路滤波器，第一个电容直接与GND_CP相连，第二个电容(与一个R串联)旋转180度，返回到相同的GND_CP，第三个电容则与GND_VCO相连。这种接地计划能够取得较高的体系功用。
 |
|
图6. MAX2827参阅规划板上PLL滤波器元件安置和接地示例 |
三：经过恰当的电源旁路和接地来按捺PLL杂散信号
满意802.11a/b/g体系发送频谱模板的要求是规划过程中的一个难点，有必要对线性目标和功耗进行平衡，并留出必定裕量，保证在保持满足的发射功率的前提下契合IEEE和FCC标准。IEEE 802.11g体系在天线端所要求的典型输出功率为+15dBm，频率误差20MHz时为-28dBr。频带内相邻信道的功率按捺比(ACPR)是器材线性特性的函数，这在必定前提下、关于特定的运用是正确的。在发送通道优化ACPR特性的很多作业是凭仗经历对Tx %&&&&&%和PA的偏置进行调理，并对PA的输入级、输出级和中间级的匹配网络进行调谐完成的。
但是，并非一切引发ACPR的问题都归咎于器材的线性特性，一个很好的例子是：在经过一系列的调理、对功率扩大器和PA驱动器(对ACPR起首要效果的两个要素)进行优化后，WLAN发送器的邻道特性仍是无法到达预期的目标。这时，需求留意来自发送器锁相环本振(LO)的杂散信号相同会使ACPR功用变差。LO的杂散信号会与被调制的基带信号混频，混频后的成分将沿着预期的信号通道进行扩大。这一混频效应只要在PLL杂散成分高于必定门限时才会发生问题，低于必定门限时，ACPR将首要受PA非线性的约束。当Tx输出功率和频谱模板特性是“线性受限”时，咱们需求对线性目标和输出功率进行平衡；假如LO杂散特性成为约束ACPR功用的首要要素时，咱们所面对的将是“杂散受限”，需求在指定的POUT下将PA偏置在更高的作业点，削弱它对ACPR的影响,这将耗费更大的电流，约束规划的灵活性。
 |
|
图7. 802.11a/b/g频谱模板和杂散形成的功用下降 |
上述评论提出了别的一个问题，即怎么有用地将PLL杂散成分约束在必定的规模内，使其不对发射频谱发生影响。一旦发现了杂散成分，首要想到的计划便是将PLL环路滤波器的带宽变窄，以便衰减杂散信号的起伏。这种办法在极少数的状况下是有用的，但它存在一些潜在问题。
图8给出了一种假定状况，假定规划中选用了一个具有20MHz相对频率的N分频合成器，假如环路滤波器是二阶的，截止频率为200kHz，滚降速率一般为40dB/十倍频程，在20MHz频点能够取得80dB的衰减。假如参阅杂散成分为-40dBc (假定能够导致有害的调制重量的电平), 发生杂散的机制或许超出环路滤波器的效果规模(假如它是在滤波器之前发生的，其起伏或许十分大)。紧缩环路滤波器的带宽将不会改进杂散特性，反而进步了PLL锁相时刻，对体系发生显着的负面影响。
 |
|
图8. 简化的PLL滤波器渐近线，相应的转角频率和杂散方位 |
经历证明，按捺PLL杂散的有用途径是合理的接地、电源布局和去耦技能，本文评论的布线准则是减小PLL杂散重量的杰出规划初步。考虑到电荷泵中存在较大的电流改动，选用星形拓扑十分必要。假如没有满足的阻隔，电流脉冲发生的噪声会耦合到VCO电源，对VCO频率进行调制，一般称为“VCO牵引”。经过电源线间的物理距离和每个VCC引脚的去耦电容、合理放置接地过孔、引进一个串联的铁氧体元件(作为最终一个手法)等办法能够进步阻隔度。上述办法并不需求悉数用在每个规划中，恰当选用每种办法都会有用下降杂散起伏。
图9供给了一个因为不合理的VCO电源去耦计划所发生的成果，电源纹波标明正是电荷泵的开关效应导致电源线上的强搅扰。值得幸亏的是，这种强搅扰能够经过添加旁路电容得到有用按捺。图10显现的是在电路改动后，在同一点的丈量成果。
 |
|
图9. 不合理的VCC_VCO退耦测验成果 |
 |
|
图10. 在VCO电源端添加旁路%&&&&&%后减小了噪声。 |
别的，假如电源布线不合理，例如VCO的电源引线刚好坐落电荷泵电源的下面，能够在VCO电源上观察到相同的噪声，所发生的杂散信号足以影响到ACPR特性，即便加强去耦，测验成果也不会得到改进。这种状况下，需求调查一下PCB布线，从头安置VCO的电源引线，将有用改进杂散特性，到达标准所要求的目标。
