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射频 (RF) 电路的电路板布局应在了解电路板构造、电源布线和接地的基础知识的情况下完成。 但由于射频电路的特殊性，本设计与普通PCB电路在电性能、布线、覆铜、高频EMI等方面存在较大差异。实际设计中，PLL杂散信号对电源耦合、接地和滤波元件有很大影响。 位置很敏感，我们参考PLL杂散信号抑制的方法。 给想入门射频电路设计的朋友们简单介绍一下。

图 1：星形拓扑的 Vcc 接线。

在设计射频电路时，电源电路和电路板布局的设计往往是在高频信号通路设计完成后留下的。 对于没有仔细考虑的设计，电路周围的电源电压很容易产生错误的输出和噪声，这会进一步影响射频电路的性能。 合理分配PCB层数，采用Vcc星形拓扑引出，在Vcc管脚加入适当的去耦电容，有利于提高系统性能，获得最佳指标。

电源接线和旁路基础知识

明智的 PCB 层分配简化了后续的布线过程。 对于四层PCB板（WLAN常用），板的顶层在大多数应用中用于放置元器件和射频引线，第二层用作系统接地和电源部分放置第三层，任何信号线都可以分布在第四层。 第二层上的连续接地平面布局对于建立阻抗受控的 RF 信号路径是必要的。 它还有助于尽可能缩短接地环路，并为第一层和第三层提供高度的电气隔离，从而使两层之间的耦合最小。 当然，也可以采用其他层定义方式（尤其是当电路板有不同层时），但上述结构是一个成功的例子。

图 2：电容阻抗在不同频率下的变化。

大面积的电源平面可以使Vcc布线更容易，但这种结构往往是导致系统性能恶化的导火索。 在更大的平面上将所有电源线连接在一起不会避免引脚之间的间隙。 噪声传输。 相反，如果使用星形拓扑结构，将减轻不同电源引脚之间的耦合。 图 1 显示了星形连接的 Vcc 布线方案，取自 MAX2826 IEEE 802.11a/g 收发器的评估板。 图中建立了一个主Vcc节点，从该节点引出不同分支的电源线，为射频IC的电源引脚供电。 每个电源引脚使用单独的引线可在引脚之间提供空间隔离，有助于减少它们之间的耦合。 另外，每根引线还有一些寄生电感，这正是我们想要的，它有助于滤除电源线上的高频噪声。

在使用星形拓扑Vcc引线时，还需要采取适当的电源去耦，去耦电容中存在一定的寄生电感。 实际上，电容相当于一个RLC串联电路，电容在低频段起主导作用，但在自激振荡频率（SRF）：

之后，电容的阻抗会呈现感性。 可以看出，电容只有在频率接近或低于其SRF时才具有去耦作用，在这些频率下的电容表现出低阻值。 图 2 显示了不同电容值的典型 S11 参数。 从这些曲线中，可以清楚地看到 SRF。 还可以看出，电容越大，在较低频率下提供的去耦性能越好（呈现的阻抗越高。低）。

Vcc星形拓扑的主节点最好放置一个大容量的电容，比如2.2μF。 该电容器具有低 SRF，可有效消除低频噪声并建立稳定的直流电压。 IC的每个电源引脚都需要一个小容量电容（如10nF）来滤除可能耦合到电源线上的高频噪声。 对于那些为噪声敏感电路供电的电源引脚，可能需要两个外部旁路电容器。 例如：用一个10pF的电容并联一个10nF的电容做旁路，可以在更宽的频率范围内提供去耦，尽可能消除噪声对电源电压的影响。 需要仔细检查每个电源引脚，以确定需要多少去耦电容器以及实际电路在哪些频率点容易受到噪声干扰。

良好的电源去耦技术与仔细的 PCB 布局相结合，Vcc 引线（星形拓扑）可为任何射频系统设计提供坚实的基础。 拥有“无噪声”电源是优化系统性能的基本要素信号隔离器的作用，尽管在实际设计中还有其他因素会降低系统性能。

接地和过孔设计

地平面的布局和引线也是WLAN电路板设计的关键。 它们会直接影响电路板的寄生参数，存在降低系统性能的隐患。 射频电路设计中没有独特的接地方案，设计中可以通过多种方式达到满意的性能指标。 地平面或引线可分为模拟信号地和数字信号地，也可隔离大电流或功耗电路。 根据过去 WLAN 评估板的设计经验，在四层板中使用单独的接地层可以获得更好的结果。 通过这些经验方法，接地平面用于将 RF 部分与其他电路隔离，以避免信号之间的交叉干扰。 上文提到，板子的第二层通常用作地平面，第一层用于放置元器件和射频引线。

图 3：通孔的电气特性模型。

地层确定后，将所有信号地以最短路径连接到地层非常重要。 通常，过孔用于将顶层的地线连接到地层。 应该注意的是，过孔是电感性的。 图3为过孔的精确电气特性模型，其中Lvia为过孔电感，Cvia为过孔PCB焊盘寄生电容。 如果使用此处讨论的接地布局技术，则可以忽略寄生电容。 深度1.6mm、直径0.2mm的过孔电感约为0.75nH，在2.5GHz/5.0GHz WLAN频段的等效电抗约为12Ω/24Ω。 因此，接地过孔不能为射频信号提供真正的接地。 为了高质量的电路板设计，射频电路部分应尽可能多地设置接地过孔，尤其是常见IC封装中的裸露地。 软垫。 接地不良还会在接收器前端或功率放大器部分产生有害辐射，降低增益和噪声系数规格。 另请注意，接地焊盘焊接不良也会导致同样的问题。 此外，功率放大器的功耗也需要多个过孔连接地平面。

图 4. PLL 滤波器元件布局，以 MAX2827 参考设计板为例。

Vcc去耦的好处是滤除其他级电路的噪声，抑制局部产生的噪声，从而消除级间通过电源线的交叉干扰。 如果去耦电容使用同一个地过孔，由于过孔与地之间的电感效应，这些连接点的过孔会承载所有来自两个电源的射频干扰，不仅失去了去耦电容的作用，而且它还为系统中的级间噪声耦合提供了额外的路径。

在本文的后面部分将会看到，PLL 的实现在系统设计中总是面临着巨大的挑战，良好的地线布局对于获得令人满意的杂散特性是必不可少的。 目前，在IC设计中，所有的PLL和VCO都集成在芯片中，而且大多数PLL都是采用数字电流电荷泵输出，通过环路滤波器来控制VCO。 通常需要一个二阶或三阶RC环路滤波器滤除电荷泵的数字脉冲电流，得到模拟控制电压。 电荷泵输出附近的两个电容必须直接连接到电荷泵电路的地。 这样，可以隔离地回路的脉冲电流路径，并且可以将 LO 中相应的杂散频率降至最低。 第三个电容器（用于三阶滤波器）应直接连接到 VCO 的地平面，以避免控制电压随数字电流浮动。 违反这些原则将导致大量杂散成分。

图 4 显示了一个 PCB 布局示例，在接地焊盘上有许多接地过孔，允许每个 Vcc 去耦电容器都有自己独立的接地过孔。 盒内电路为PLL环路滤波器，第一个电容直接接GND_CP，第二个电容（串联一个R）旋转180度返回同一个GND_CP，第三个电容接GND_VCO。 这种接地方案可以获得更高的系统性能。

使用适当的电源和接地抑制 PLL 杂散信号

满足802.11a/b/g系统传输频谱模板的要求是设计过程中的难点。 需要平衡线性度指标和功耗，并留有一定余量，以保证IEEE 2000在保持足够传输功率的前提下能够符合。 和 FCC 规定。 IEEE 802.11g系统在天线端要求的典型输出功率为+15dBm，频偏20MHz时为-28dBr。 频带中相邻信道的功率抑制比 (ACPR) 是器件线性特性的函数，在特定条件下对于特定应用是正确的。 通过根据经验调整 Tx IC 和 PA 的偏置，以及调整 PA 输入级、输出级和中间级的匹配网络，实现了优化发射通道中 ACPR 特性的大量工作。

图 5：使用环路滤波器的效果。

然而，并非所有导致 ACPR 的问题都是由于设备的线性度造成的。 一个很好的例子是：在功率放大器和PA驱动器（ACPR中起主要作用的两个因素）的一系列调整和优化之后，WLAN发射机的邻道特性仍然不能达到预期指标。 此时，必须注意来自发射器锁相环中本地振荡器 (LO) 的杂散信号也会降低 ACPR 性能。 LO 杂散与调制基带信号混合，混合分量沿预期信号路径放大。 这种混频效应仅在 PLL 杂散高于某个阈值时才会出现问题，低于该阈值时 ACPR 将由 PA 非线性控制。 当Tx输出功率和频谱模板特性“线性受限”时，我们需要平衡线性指标和输出功率； 如果本振杂散特性成为制约ACPR性能的主要因素，我们将面临的将是“受限”，需要在规定的POUT下将PA偏置在较高的工作点，削弱其对ACPR的影响，这样会消耗更多当前并限制了设计的灵活性。

上述讨论提出了另一个问题，即如何有效地将PLL的杂散分量限制在一定范围内，使其不影响发射频谱。 一旦发现杂散成分，第一个想到的解决方案就是缩小 PLL 环路滤波器的带宽，以衰减杂散信号的幅度。 这种方法在极少数情况下有效，但它有一些潜在的问题。

图 5 显示了一种假设情况，假设在设计中使用相对频率为 20MHz 的小数 N 分频合成器。 如果环路滤波器是二阶的，截止频率为200kHz，滚降率典型值为40dB/decade，在20MHz频率点可以获得80dB的衰减。 如果参考杂散为 -40dBc（假设该电平会导致不需要的调制产物），则产生杂散的机制可能在环路滤波器的范围之外（如果它在滤波器之前生成，其幅度可能非常大）。 压缩环路滤波器的带宽不会改善杂散特性，反而会增加PLL锁定时间，对系统有明显的负面影响。

经验证明，抑制PLL杂散分量最有效的方法应该是合理的接地、电源布局和去耦技术。 本文讨论的布局原则是减少 PLL 寄生组件的良好设计开端。 考虑到电荷泵电流变化大，需要采用星型拓扑结构。 如果没有足够的隔离，来自电流脉冲的噪声会耦合到 VCO 的电源中，从而调制 VCO 频率信号隔离器的作用，通常称为“VCO 拉动”。 可以通过电源线和每个 Vcc 引脚上的去耦电容器之间的物理间距、正确放置接地过孔以及引入串联铁氧体元件（作为最后的手段）来改善隔离。 上述措施并不需要在每一个设计中都采用，适当使用每种方法都会有效地降低杂散幅度。

图 6 提供了不合理的 VCO 电源去耦方案的结果。 电源纹波表明是电荷泵的开关效应对电源线造成了强烈的干扰。 幸运的是，通过增加旁路电容可以有效抑制这种强烈的干扰。 此外，如果电源布线不合理，例如VCO电源引线位于电荷泵电源正下方，在VCO电源上也能观察到同样的噪声，产生的寄生信号足以影响ACPR 特性。 即使加强解耦，测试结果也不会提高。 在这种情况下，需要检查PCB布局并重新布置VCO的电源引线，这将有效改善杂散特性并满足规范要求的指标。

图 6：不合理的 VCC_VCO 去耦测试结果。