自從無線網路設備興起後,對於RF射頻線路設計的人才需求也與日俱增，但蠻多人對於RF線路這塊卻很難入手，主要還是因為RF電路設計在理論上還有很多不確定性，沒有相關經驗很難上手，但其實RF線路設計還是有許多可以遵循的規則，以下就幾個較常遇到的問題與入門需注意的部分的設計來討論。 PCB材料部份：一般RF的PCB材料選擇在成本的考量下，大都是使用FR4，主要來說是材料的絕緣特性好，材質均勻，介電系數Er約等於4±10%等，但如果設計頻率較高，且成本沒有考量的情況下，則是建議採用介電係數值較低且平均,高頻率用的ROGERS板材。 疊構設計部分：通常設計都會使用四層-六層板，且建議採用厚度在1mm以下的雙面板，並不建議採用厚度超過1mm的板材來設計，是因為地層與信號層之間的介質層較厚會影響RF特性，以四層板的疊構設計來說，一般Top層都是走RF訊號線，第二層是完整的地層，第三層是電源，Bottom層則是數位訊號線，也可以反過來Bottom層走RF訊號，另外RF訊號線底下盡量不要有任何電源或訊號線相交或經過，而第三層的電源設計則是不要做成一個平面，而是讓RF料件的電源走星狀分布，且盡量不要和數位訊號層有交叉。 阻抗與阻抗匹配是RF設計最重要的一環，以阻抗來說，由於RF訊號的走線寬度是有嚴格的規定，需要依照上面說的PCB疊構設計與PCB板材介電係數來嚴格計算或經由模擬軟體去做線路模擬，以確保其為50歐姆走線,然而即便經過嚴密計算與模擬設計，實際交給PCB板廠生產時，PCB板廠生產出來的成品卻往往與設計或模擬出來的阻抗想差甚遠，其根本原因還是我們自己的成本考量，很多時候我們會因為這家PCB板廠洗板便宜就由這家PCB板廠生產，完全沒去考量其生產製程能力為何，假設專業PCB板廠生產製程能力做出來的RF走線為50歐姆±5%，但便宜PCB板廠因為成本便宜，其生產的製程能力則可能為50歐姆±10%,甚至50歐姆±20%都有可能，這樣生產出來的PCB阻抗誤差範圍最大就為40歐姆到60歐姆，且很多時候明明是同一批生產，有些阻抗偏60歐姆，有些卻偏40歐姆，讓整個RF特性受到極大的影響，如果對於特性要求不嚴格就無所謂，但如果是因為阻抗匹配不良，結果特性就差個1~2dB就可以符合需求，這個時候應該會欲哭無淚。 這邊的建議是請板廠參考我們RF 50歐姆線路相同的設計，在版邊製作出一條阻抗條，在生產時量測這個阻抗條數值，並提供給我們參考，當然這部分關係到PCB板廠成本，是需要與板廠溝通的。 阻抗匹配通常是指RF相關零件例如PA, LNA ,DPX, Mixer, Filter的部分，要如何讓其與50歐姆走線做匹配，這個通常RF零件供應商都會有提供參考線路設計，我們只需完全依照參考設計即可，也可預留一些tune位置。 3.波長和諧波 波長與諧波部分： RF線路設計時的走線長度會跟波長息息相關，且無法像一般序號線一樣可以拉得很長，主要是RF Trace會有1/4波長問題，且頻率越高波長越短,因此設計時需先根據頻率來計算走線長度，避免產生問題。 諧波是指處於基波頻率的整數倍位置的訊號，例如H1，H2，H3諧波，而在常規的射頻系統中，都會建議將諧波控制在40-50dBc以下，才能讓射頻系統穩定可靠工作，因此通常會建議加上Filter來降低諧波，而較方便省錢的作法即採用π型Filter設計，基本是3階，如要較好效果則可以5階或7階設計。 |
