图2. 图中所示为两种不同的PCB布局,其中一种布局的元件排列方向不合理(L1和L3),另一种的方向排列则更为合适。

综上所述,应遵循以下原则:

电感间距应尽可能远。

电感排列方向成直角,使电感之间的串扰降至最小。

引线耦合

如同电感排列方向会影响磁场耦合一样,如果引线彼此过于靠近,也会影响耦合。这种布局问题也会产生所谓的互感。RF电路最关心问题之一即为系统敏感部件的走线,例如输入匹配网络、接收器的谐振槽路、发送器的天线匹配网络等。

返回电流通路须尽可能靠近主电流通道,将辐射磁场降至最小。这种布局有助于减小电流环路面积。返回电流的理想低阻通路通常是引线下方的接地区域—将环路面积有效限制在电介质厚度乘以引线长度的区域。但是,如果接地区域被分割开,则会增大环路面积(图3)。对于穿过分割区域的引线,返回电流将被强制通过高阻通路,大大提高了电流环路面积。这种布局还使电路引线更容易受互感的影响。

如何避免印制板PCB布局中出现各种缺陷

图3. 完整的大面积接地有助于改善系统性能

对于一个实际电感,引线方向对磁场耦合的影响也很大。如果敏感电路的引线必须彼此靠近,最好将引线方向垂直排列,以降低耦合(图4)。如果无法做到垂直排列,则可考虑使用保护线。关于保护线的设计,请参考以下接地与填充处理部分。

如何避免印制板PCB布局中出现各种缺陷

图4. 类似于图1,表示可能存在的磁力线耦合。

综上所述,布板时应遵循以下原则:

引线下方应保证完整接地。

敏感引线应垂直排列。

如果引线必须平行排列,须确保足够的间距或采用保护线。

接地过孔

RF电路布局的主要问题通常是电路的特征阻抗不理想,包括电路元件及其互联。引线覆铜层较薄,则等效于电感线,并与邻近的其它引线形成分布电容。引线穿过过孔时,也会表现出电感和电容特性。

过孔电容主要源于过孔焊盘侧的覆铜与地层覆铜之间构成的电容,它们之间由一个相当小的圆环隔开。另外一个影响源于金属过孔本身的圆柱。寄生电容的影响一般较小,通常只会造成高速数字信号的边沿变差(本文不对此加以讨论)。

过孔的最大影响是相应的互联方式所引起的寄生电感。因为RF PCB设计中,大多数金属过孔尺寸与集总元件的尺寸相同,可利用简单的公式估算电路过孔的影响(图5):