智能手機(jī)射頻PCB布局經(jīng)驗(yàn)與指導(dǎo)

2017-04-22  by:CAE仿真在線(xiàn)  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

一

placement

Placement動(dòng)作在Layout之前,Placement既是為了 layout滿(mǎn)足一定設(shè)計(jì)規(guī)范,又是為layout走線(xiàn)指明了方向。 layout期間原則上不能再大動(dòng)placement,只能微調(diào)。這也 要求進(jìn)行placement時(shí)必須深入考慮到layout。高質(zhì)量的 placement會(huì)讓layout工程師感覺(jué)走線(xiàn)順暢合理。不合理的 placement可能使得PCB不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范,甚至?xí)?dǎo)致layout 走線(xiàn)困難,最終調(diào)整placement。

二

射頻placement原則

通則:loss、阻抗連續(xù)、隔離度(EMC)
(1)走線(xiàn):短、粗、順 短:意味著loss小 粗:意味著阻抗易控公差相對(duì)小,loss小 順:意味著易走線(xiàn),線(xiàn)直,loss小
(2)RF信號(hào)線(xiàn)盡量走表層,少換層,避免過(guò)孔的寄生參數(shù)
(3)射頻電路盡量不要和BB共屏蔽罩,單芯片方案除外

1、射頻transceiver:
(1)盡量靠近BB芯片,使得到 BB的IQ、SPI等線(xiàn)盡量短。
(2)接收Port位置應(yīng)方便接收 差分線(xiàn)出線(xiàn)并走表層。
(3)如果有分集天線(xiàn),盡量兼 顧到主集和分集,但目前主流板 型考慮分集天線(xiàn)較多,因?yàn)榉旨?天線(xiàn)環(huán)境通常較差,主集天線(xiàn)環(huán) 境較好,且主集走線(xiàn)本來(lái)就很長(zhǎng)。

(4)方便TCXO的擺放,即盡量遠(yuǎn)離熱源
(5)方便去耦電容和濾波電容等外圍器件的擺放
(6)如果雙面布件,其背面盡量避開(kāi)其他芯片,為方便出線(xiàn)和避免干擾

2、TCXO或crystal:
(1)盡量遠(yuǎn)離熱源,熱源包括 PA,PMIC等,用于WCN的時(shí)鐘甚 至還要與WCN芯片保持一定距離, 因?yàn)閮?nèi)部集成了PA,也是熱源。
(2)時(shí)鐘如果是crystal,距 離transceiver不能太遠(yuǎn),一般 會(huì)緊靠,因?yàn)樘h(yuǎn)會(huì)有寄生參 數(shù),如果是TCXO,那么可以距 離較遠(yuǎn)。

3、天線(xiàn)開(kāi)關(guān)、集成開(kāi)關(guān)的FEM:
如sky7759X系列和sky7791X, 一般放在PCB的邊角,空間上一般 介于transceiver和天線(xiàn)之間,并 盡量使得兩者之間線(xiàn)路順暢,Trx 口朝著transceiver和duplexer, ANT口朝著天線(xiàn)。有時(shí)ANT口和TRX 口不能都兼顧到,一般優(yōu)先考慮 TRX口的走線(xiàn),因?yàn)門(mén)RX口比較多 (4個(gè)以上)。而ANT口只有一個(gè), 且增加的loss基本能接受。

4、LNA:
WCN中的LNA盡量靠近天線(xiàn)端擺放, 以獲得小的系統(tǒng)噪聲系數(shù)。提高系統(tǒng) 靈敏度。Cellular中盡量靠近FEM、 duplexer。總之,LNA距離天線(xiàn)越近越好。

5、PA:

(1)電路上位于transceiver和 switch(或FEM)之間,主要考慮 RF通路線(xiàn)短、線(xiàn)順和線(xiàn)盡量走表 層。
(2)有些平臺(tái)要求PA和 transceiver放到不同的屏蔽罩里, 或者要求兩者保持一定距離,特 別是不成熟的平臺(tái)。因?yàn)楹笳逧MI 性能原因。
(3)存在多個(gè)PA時(shí),盡量分散開(kāi), 避免熱源集中。

6、WCN芯片:
(1)盡量靠近天線(xiàn)饋點(diǎn),走線(xiàn) 應(yīng)盡可能短,以減小loss,
(2)需要單獨(dú)的屏蔽罩,因?yàn)?頻率較高,且GPS靈敏度非常低, 極易被干擾。
(3)方便WCN的時(shí)鐘避開(kāi)熱源。

(4)右上圖布局優(yōu)于下圖

7、雙工器:
位于transceiver和FEM之間,擺放位 置需綜合評(píng)估接收和發(fā)射通道,以RF 通道長(zhǎng)度盡量短為原則,還要考慮接 收和發(fā)射間隔離度,且匹配電路能緊 靠本體放置。

8、匹配電路:
匹配器件靠近需要匹配的器件來(lái)放, 或者靠近阻抗不連續(xù)的地方放,盡量 不要放到長(zhǎng)線(xiàn)的中間。最好三個(gè)一組。

9、balun、接收SAW和balanced DPX:
一般靠近transceiver放置, 差分匹配阻抗比較大,太 長(zhǎng)了損耗大。

10、耦合器:
位于測(cè)試座和FEM之間,一 般都是靠近FEM的ANT端擺 放,但無(wú)強(qiáng)制要求,視情 況而定。

11、濾波電容、去耦電容:
兩者都是并聯(lián)到地,并 聯(lián)到地的電容通常起到濾波 或者儲(chǔ)能等作用。

濾波電容需要盡量緊靠 信號(hào)流入器件的pin腳擺放, 有源器件基本都需要加。 DCDC電源上往往有2個(gè)電 容,需要首尾各放一個(gè)(如下圖VDDWRF),不能堆在一 端。

12、電感:
需注意兩個(gè)電感盡量避免緊挨著并行 放到一起,因?yàn)閮蓚€(gè)電感之間存在互感, 調(diào)試其中一個(gè)的時(shí)候,另外一個(gè)也跟著變, 可以考慮相互垂直擺放。

13、電阻:
射頻用到電阻的幾個(gè)地方:衰減電路, vramp上的RC濾波電路,coupler上的50歐 姆。溫度檢測(cè)電路上的溫敏電阻,其他就 是0歐姆。要注意的就是溫敏電阻要靠近 PA放置。Vramp上的RC要靠近PA放,其他 要求不高。

14、RF測(cè)試座和RF cable連接器:
一般在結(jié)構(gòu)DXF里有標(biāo)識(shí)位置, 但結(jié)構(gòu)給的位置有時(shí)不是最優(yōu),可以 考慮優(yōu)化,以走線(xiàn)短、順為原則。

三

幾種常見(jiàn)板型

1、整板
板型特點(diǎn):
1、整個(gè)PCB板相對(duì)比較完整,除了邊緣結(jié)構(gòu)的避讓沒(méi)有大面積的殘缺部分 (如右圖)
2、PCB面積大,可利用走線(xiàn)空間大。
3、射頻與BB的重心分居PCB兩端,不好都兼顧
4、該板型的使用比較少

布局策略:
1、建議單面擺件,否則整機(jī)難以做薄
2、射頻屏蔽罩放主天線(xiàn)端
3、BB部分盡量靠近板中部放置,避免transceiver與BB之間走線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)
4、FEM、transceiver、BB沿板邊縱向一字?jǐn)[開(kāi)
5、WCN與分集天線(xiàn)分居PCB板另一端兩側(cè)
6、右圖placement是有問(wèn)題的,transceiver距離BB太遠(yuǎn),IQ線(xiàn)太長(zhǎng)。

2、半板
板型特點(diǎn):
1、整個(gè)PCB板面積不到整板面積的一半
2、PCB面積小,可利用走線(xiàn)空間小。
3、射頻與BB的重心分居PCB兩側(cè),非常緊湊
4、必須雙面部板,一般top層放器件,bottom層 放卡座等
5、該板型是當(dāng)前流行的板型之一

布局策略:
1、射頻屏蔽罩放與主集和分集天線(xiàn)饋點(diǎn)同側(cè)
2、BB部分盡量靠近板中部放置,避免 transceiver與BB之間走線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)
3、FEM、transceiver、BB橫向一字?jǐn)[開(kāi)
4、射頻PA、FEM、transceiver三大件呈“品” 字布局
5、WCN與分集天線(xiàn)分居PCB板另一端兩側(cè)

3、“L”板(或叫“C”形板/“刀”形板)
板型特點(diǎn):
1、整個(gè)PCB板為電池空間掏掉大半部分。
2、PCB面積小,可利用走線(xiàn)空間小。
3、整體器件布局基本同半板
4、必須雙面布板,一般top層放器件,bottom層放卡座等
5、不用半板是因?yàn)殡姵剡x型和屏的選型以及節(jié)省FPC
6、該板型是當(dāng)前流行的板型之一

布局策略:
1、射頻屏蔽罩放與主集和分集天線(xiàn)饋點(diǎn)同側(cè)
2、BB盡量靠近板中部放置,避免transceiver與BB之間走線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)
3、transceiver、BB橫向擺開(kāi)
4、射頻屏蔽罩內(nèi)PA、FEM、transceiver三大件呈“品”字布局
5、WCN與分集天線(xiàn)分居PCB板另一端兩側(cè)
6、注意該板型的主集射頻測(cè)試座不要放到下面靠近天線(xiàn)的地方

4、條形板(窄板)
板型特點(diǎn):
1、PCB板只占據(jù)整機(jī)殼體的縱向一部分,可認(rèn)為是橫向的半板
2、PCB面積通常比半板稍大,可利用走線(xiàn)空間稍大。
3、板型決定了其FEM、transceiver、BB只能縱向一字?jǐn)[開(kāi)
4、該板型在手機(jī)項(xiàng)目上使用較少,多見(jiàn)于平板項(xiàng)目。

布局策略:
1、射頻屏蔽罩放與主集和分集天線(xiàn)饋點(diǎn)同側(cè)
2、BB部分盡量靠近板中部放置,方便散線(xiàn)
3、FEM、transceiver、BB 縱向一字?jǐn)[開(kāi)
4、射頻PA、FEM、transceiver三大件呈“品” 字布局
5、WCN靠近其天線(xiàn)饋點(diǎn)放置

四

實(shí)際項(xiàng)目案例與點(diǎn)評(píng)

1、案例一:
(1)WCN位置合理,但天線(xiàn)凈空小
(2)(2)分集測(cè)試座位置不利于過(guò)測(cè)試,線(xiàn)長(zhǎng)loss大
(3)transceiver距離BB遠(yuǎn),IQ線(xiàn)過(guò)長(zhǎng),會(huì)導(dǎo)致吞吐量問(wèn)題。
(4)射頻屏蔽罩形狀限制,3G4G PA稍遠(yuǎn),呈“品”字最好 (5)熱敏電阻稍偏 (6)天線(xiàn)凈空面積小

2、案例二:
(1)transceiver和BB相對(duì)位置
(2)WCN距離天線(xiàn)遠(yuǎn)
(3)雙工位于FEM和PA之間loss小,但 空間擁擠匹配擺放不方便
(4)該項(xiàng)目LNA電源上的濾波電容放到 了其他位置,導(dǎo)致靈敏度干擾問(wèn)題
(5)天線(xiàn)凈空太小,實(shí)際測(cè)試確實(shí)差
(6)FEM位置合理
(7)LNA位置較差,靠Transceiver放了,應(yīng)靠FEM放。

3、案例三:
(1)transceiver和BB相對(duì)位置OK
(2)WCN靠近天線(xiàn)位于bottom層,基本 合理,但其TCXO距離PMIC稍近
(3)雙工位于FEM和PA之間loss小,且 走表層,合理
(4)器件和走線(xiàn)疏密控制相對(duì)較好
(5)FEM位置合理
(6)LNA位置基本合理
(7)該項(xiàng)目placement相對(duì)比較合理, 是個(gè)不錯(cuò)的參考

五

總結(jié)

上面列出了placement過(guò)程中一些射頻器件的理想擺放方式,然而一些項(xiàng)目由于外觀和成本等考慮,射頻屏蔽罩的位置、大小、形狀導(dǎo)致射頻器件無(wú)法放在最佳的位置,這時(shí)需要做出一些犧牲,否則項(xiàng)目無(wú)法進(jìn)行下去,這時(shí)就要具體情況具體分析,做好風(fēng)險(xiǎn)控制,這里不詳敘。

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