佚名 發表於 2020-03-04 08:36:13
隨著物聯網技術的興起，現在的電子產品搭載無線通訊功能是越來越普遍了，而無線通訊技術是依賴於PCB上的射頻電路來實現的，並且需要專業的設計和仿真分析工具。現將模組射頻電路PCB設計分享給大家。
走線原則
對於自身沒有連接器的模塊，需通過 RF 走線和天線饋點或者連接器連接，所以 RF 線推薦走微帶線， 越短越好，差損控制在 0.2dB 以內，並且阻抗控制在 50Ω。
在模塊和天線連接器（或饋點）之間預留一個π型電路（兩個並行器件接地腳要直接接到主地）供天線調試。
在 PCB 走線時，此信號走線控制 50Ω。產品的射頻性能與此走線密切相關。在 PCB 板上影響此走線阻抗的因素如下：
走線的寬度和厚度
介質介電常數和厚度
焊盤的厚度
與地線的距離
附近的走線
阻抗設計
兩個天線接口的 RF 信號線阻抗都需要控制 50Ω。在實際應用中根據 PCB 的其他參數如參考層厚度、層數和疊層等都會影響到 RF 的走線方式，不同的情況參考 GND 層不一樣，走線差距也將很大。
3W 原則
多層板設計天線 RF 信號在 PCB 上走線時，首先考慮的是滿足基本的「3W 原則」。為了減少線間串擾，應保證線間距足夠大，如果線中心距不少 3 倍線寬時，則可保持 70%的線間電場不互相干擾，稱為「3W 原則」。
3W 原則示意圖
射頻 PCB Layout 部分
射頻走線儘量做50歐姆阻抗，如果無關做到，應將射頻走線寬度保持在0.5mm~1mm距地安全距離也要保持在0.5mm~1mm，周圍打滿地孔
射頻座子的地建議儘量淨空
過孔焊盤建議用淚滴結束
射頻走線應儘量遠離電源，SIM卡，時鐘，高速數位訊號；保其不對周圍器件產生的影響，所以在天線周邊建議客戶不要放其他元器件，並且 PCB 上的走線儘可能遠離 RF 部分。
射頻走線應儘量短，遇彎需走蛇形線或圓弧，周圍打地孔；
兩層板阻抗設計
因為大部分客戶多有用雙面板進行設計，所以針對兩層板典型的 1.6mm，1.0mm 厚度 PCB 設計做實例說明：
案例一：PCB 板厚 1.6mm
考慮到 PCB 板厚的影響，要完全符合 3W 原則很難實現，既要保證 50Ω走線，又要確
射頻走線過長時，模塊測和天線測建議預留匹配電路
如果板上空間富裕，優先通過布局實現RF走線的短和直，如果布局空間不允許，需要拐角走線，一定避免直角或45°拐角走線，要走圓弧走線，如果實在要走直角了，可以通過放置元件通過元件的擺位的方式來替代走線來做90°角的轉折，這樣可以最大化避免阻抗突變造成的信號反射影響。
兩層板阻抗設計
因為大部分客戶多有用雙面板進行設計，所以針對兩層板典型的 1.6mm，1.0mm 厚度 PCB 設計做實例說明：
案例一：PCB 板厚 1.6mm
考慮到 PCB 板厚的影響，要完全符合 3W 原則很難實現，既要保證 50Ω走線，又要確保其不對周圍器件產生的影響，所以在天線周邊建議客戶不要放其他元器件，並且 PCB 上的走線儘可能遠離 RF 部分。
經過我們大量實際驗證，以下設計可以保證 RF 阻抗控制在 50Ω左右，並且受到影響最小：
RF 線寬 43mil，離旁邊的地（藍色）的距離是 8mil，射頻走線的正下方是 RF 線參考層，通常為完整的地（紅色）。 RF 線四周需完整的地保護，並且沿著走線方向儘量多打地孔。在射頻走線及其參考地周圍，不建議有其他任何走線或器件。
50Ω阻抗的理論計算：
阻抗計算工具示意圖（單位 mil）
Er1，T1，C1，C2，CEr 參數一般由 PCB 板廠確認，每個 PCB 板廠的工藝和材質有略微差異，需要和 PCB 板廠確認。
H1 為 PCB 厚度，W1 為線寬，D1 為線到旁邊 GND 的距離。 實際生產中要考慮誤差。案例二 PCB 板厚 1.0mm PCB 板厚 1.0mm 時，RF 在 PCB 上線寬是 35mil，線到旁邊的 GND 的間距是 8mil。
四層板阻抗設計
四層板，板厚 1.0mm，RF 線走在表層 Lay1，參考 Lay2（GND 層）。不同 PCB 板廠的疊層會有不同，以下圖的 4 層板的疊層為例：
層板疊層厚度示意圖
Lay 1 到 Lay 2 的厚度是 65um，RF 走線 4mil，RF 到兩邊 GND 的距離大於 3 倍的 RF線寬。Lay 1 藍色，紅色是 Lay 2 層，高亮部分是 RF 線。
RF 走線示意圖
50Ω阻抗的理論計算：
D1 的值在大於 3 倍的 W1 以後，對阻抗的影響就很微弱。
四層板阻 TOP 層走線抗計算示意圖
以上是我們在模組開發項目中硬體電源設計過程中的一些經驗累積，希望您在項目開發過程中少走彎路，順利完成開發任務。最後介紹我們奇蹟物聯，我們產品涵蓋了基於eSIM技術的2G,4G,NB模組，並且還為客戶提供模組相關的硬體設計資料和評審服務，幫助客戶快速完成項目開發，迅速搶佔物聯網市場。
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