RF PCB设计规范V1[1].0.(1)doc
发布时间：2024-11-10
RF PCB设计规范V1[1].0
密级： 编号： XC-200806
福建先创电子有限公司
射频印制电路板（RF PCB）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：
RF PCB设计规范V1[1].0
RF PCB设计规范V.1.0
1、目的
射频印制电路板（RF PCB）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
RF PCB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」(black art) ，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
RF PCB设计规范V1[1].0
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。
5.2.1 PCB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。
5.3.1 PCB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。
5.4.1 PCB钢板的制作，由指定的人员进行。
5.5.1 PCB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——RF printed circuit board，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：
RF PCB设计规范V1[1].0
图1
BOTTOM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：
图2
RF PCB设计规范V1[1].0
微带线（Microstip）——是指基于微带电路的微波传输线。如图3所示：
图金属化孔—— plated through hole。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：
图4
图5
非金属化孔—— unsupported hole。没有用电镀层或其他导电材料加固的孔。
RF PCB设计规范V1[1].0
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RF PCB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
普通生益板 厚度 0.8mm 介电常数4.2±0.5介质角损耗0.016 适用频率50Ω线宽 1G以下1.60mm λ/4 46.6 S1860 0.8mm 3.6 0.008 1G~2G 1.60mm 49.6 Ro4003 0.8mm 3.38±0.05
Ro4350 0.8mm 3.48±0.050.0021 0.0031 10G以下10G以下1.75mm 1.75mm
1.10mm
2.20mm 51 51 39.8 57.2 AD600 0.8mm 6.15 0.003 10G以下AD255 0.8mm 2.55 0.0018 10G以下
7.2.1．PCB板布局
RF PCB设计规范V1[1].0
RF信号的空间电磁场偶合现象非常复杂，有些偶合是我们不需要的，所以合理的布局对减少不必要的偶合以及干扰等，都有很大的影响。
1）遵照“先大后小，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，根据单板的主信号流向规律安排主要元器件。
3）布局应尽量满足以下要求：总的连线尽可能短，关键信号线最短，高电压、大电流、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，高频信号与低频信号分开，高频元器件的间隔要充分。如图6、7所示：
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，外围元件尽量远离。这一原则也适用于放大器、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）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型或S型分布，但中间须有隔墙保护。如图6所示：
RF PCB设计规范V1[1].0
图
7
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。如用三个电阻组成衰减器电路，布局时焊盘可以放置在微带线上，这三个电阻尽量互相靠近。如图8所示：
图8
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、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：
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ground guard/shunt traces在模拟信号旁边。在确保数/模分开布局，数/模信号走线相互不交叉，常规做法是将数/模地分开。如图9、10所示：
RF PCB设计规范V1[1].0
图9 图10
10）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RF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
并带来各种各样的问题。
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，
并经常需要为其设计一个金属屏蔽罩。如图11所示：
RF PCB设计规范V1[1].0
图11
12）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：
图12
14）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。如图13、14所示：
图13
RF PCB设计规范V1[1].0
图
14
15）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方向垂直， 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>5mm。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离大于2mm；有压接件的PCB，压接的接插件周围5mm内不能有插装元、器件。
16）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：
图
15
图16
17）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：
RF PCB设计规范V1[1].0
图17
18）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：
图18
19）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
RF PCB设计规范V1[1].0
19所示：
图19
20）PCB布局应均匀分布、整齐紧凑、重心平衡、版面美观。
7.3.1 PCB板布线
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。RF PCB布线的一般规则：
1）微带线传输线理论和高速信号完整性原理，基本上是阻抗匹配的问题。而影响阻抗匹配的因素有，信号源的架构和输出阻抗(output impedance)，走线的特性阻抗，负载端的特性阻抗等。
2）对应介电常数3.38，0.8mm板材厚度，其50欧微带线宽度取
1.75mm
。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。
图20
3）RF布线时尽量注意避免阻抗不连续的发生。微带线直角布线时，要去除拐角效应。除特殊用途外，禁止RF信号走线上伸出多余的线头和毛刺。如图21、22所示：
RF PCB设计规范V1[1].0
图
21
图22
4）3W规则：微带线中心间距不少于3倍的线宽，距边框和隔墙的间隔大于3倍的线宽。为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，当线中心间距不少于3倍线宽时，则可保持70%的电场不互相干扰，称为3W规则。
5）走线长度控制规则： 即短线规则，在设计时应该尽量让RF布线长度尽量短，以减少由于走线过长带来的干扰问题。
6）倒角规则： 在PCB设计中，非RF走线应避免产生锐角和直角。一般直角走线采用2次135度倒角走线。以免产生不必要的辐射，同时工艺性能也较好。如图23所示：
RF PCB设计规范V1[1].0
图23
7）禁止环状走线：在PCB设计中，禁止RF走线、电源连线、控制线等，形成环状走线。
8）禁止电源线、晶振线、时钟信线、复位线等，靠近微带线。同样应使RF线路远离模拟线路和一些很关键的数字信号线。
9）由于RF传输的趋肤效应，阻焊层“绿油”对RF信号有损耗的原因，微带线长度超过15mm须“去绿油”，并留有阻焊。RF功放阻抗匹配线须“去绿油”，并备有足够的调试位置。如图24所示：
图24
10）电源线的宽度要求，可以根据1mm的线宽最大对应1A 的电流来计算。 100mA以下的连线用0.3mm线宽，100-300mA用0.4mm，300-500mA用0.5mm，500-1000mA用0.8mm，2A用1.5mm左右。
11）元器件的信号连线（非RF走线），一般采用0.3mm线宽，考虑到PCB厂家的水平，禁止用0.2 mm以下线宽。
RF PCB设计规范V1[1].0
12）非RF走线，除了晶振、时钟、复位等，一般采用靠拢布线，线间隔宽度0.3mm宽。线间隔禁止用0.2mm以下宽度。连接走线要尽可能整齐美观、均匀分布。如图25所示：
图25
13）而且
RF IC接脚与去耦电容间的连接走线要尽可能短。如图26所示：
图26
14）电路板的反面要尽可能少走线和连线，特别是RF通道的底部，以保证PCB扳大面积接地和减少外壳加工的难度。
15）差分对的布线（如RS485线）有两点要注意，一是两条线的长度要尽量一样长，另一是两线的间距(此间距由差分阻抗决定)要一直保持不变，也就是要保持平行。
16）时钟线作为对EMC 影响最大的因素之一。时钟线应少打过孔，尽量避免和其它信号线并行走线，且应远离一般信号线，避免对信号线的干扰。同时应避开板上的电源部分，以防止电源和时钟互相干扰。
7.4.1 PCB的打孔和射频接地
RF PCB设计规范V1[1].0.(1)doc.doc
将本文的Word文档下载到电脑
