模组射频PCB 设计

发布时间：2020-3-2 15:33 发布者：eSIM物联工厂

关键词：射频 , PCB

随着物联网技术的兴起，现在的电子产品搭载无线通讯功能是越来越普遍了，而无线通讯技术是依赖于PCB上的射频电路来实现的，并且需要专业的设计和仿真分析工具。现将模组射频电路PCB 设计分享给大家。
走线原则

对于自身没有连接器的模块，需通过 RF 走线和天线馈点或者连接器连接，所以 RF 线推荐走微带线，越短越好，差损控制在 0.2dB 以内，并且阻抗控制在 50Ω。
在模块和天线连接器（或馈点）之间预留一个π型电路（两个并行器件接地脚要直接接到主地）供天线调试。

在 PCB 走线时，此信号走线控制 50Ω。产品的射频性能与此走线密切相关。在 PCB 板上影响此走线阻抗的因素如下：

走线的宽度和厚度
介质介电常数和厚度
焊盘的厚度
与地线的距离
附近的走线

阻抗设计

两个天线接口的 RF 信号线阻抗都需要控制 50Ω。在实际应用中根据 PCB 的其他参数如参考层厚度、层数和叠层等都会影响到 RF 的走线方式，不同的情况参考 GND 层不一样，走线差距也将很大。
3W 原则
多层板设计天线 RF 信号在 PCB 上走线时，首先考虑的是满足基本的“3W 原则”。为了减少线间串扰，应保证线间距足够大，如果线中心距不少 3 倍线宽时，则可保持 70%的线间电场不互相干扰，称为“3W 原则”。
3W 原则示意图
射频 PCB Layout 部分

射频走线尽量做50欧姆阻抗，如果无关做到，应将射频走线宽度保持在0.5mm~1mm距地安全距离也要保持在0.5mm~1mm，周围打满地孔
射频座子的地建议尽量净空
过孔焊盘建议用泪滴结束

射频走线应尽量远离电源,SIM卡，时钟，高速数字信号；保其不对周围器件产生的影响，所以在天线周边建议客户不要放其他元器件，并且 PCB 上的走线尽可能远离 RF 部分。
射频走线应尽量短，遇弯需走蛇形线或圆弧，周围打地孔；

两层板阻抗设计
因为大部分客户多有用双面板进行设计，所以针对两层板典型的 1.6mm，1.0mm 厚度 PCB 设计做实例说明：
案例一：PCB 板厚 1.6mm
考虑到 PCB 板厚的影响，要完全符合 3W 原则很难实现，既要保证 50Ω走线，又要确

射频走线过长时，模块测和天线测建议预留匹配电路
如果板上空间富裕，优先通过布局实现RF走线的短和直，如果布局空间不允许，需要拐角走线，一定避免直角或45°拐角走线，要走圆弧走线，如果实在要走直角了，可以通过放置元件通过元件的摆位的方式来替代走线来做90°角的转折，这样可以最大化避免阻抗突变造成的信号反射影响。

两层板阻抗设计
因为大部分客户多有用双面板进行设计，所以针对两层板典型的 1.6mm，1.0mm 厚度 PCB 设计做实例说明：
案例一：PCB 板厚 1.6mm
考虑到 PCB 板厚的影响，要完全符合 3W 原则很难实现，既要保证 50Ω走线，又要确保其不对周围器件产生的影响，所以在天线周边建议客户不要放其他元器件，并且 PCB 上的走线尽可能远离 RF 部分。
经过我们大量实际验证，以下设计可以保证 RF 阻抗控制在 50Ω左右，并且受到影响最小：
RF 线宽 43mil，离旁边的地（蓝色）的距离是 8mil，射频走线的正下方是 RF 线参考层，通常为完整的地（红色）。 RF 线四周需完整的地保护，并且沿着走线方向尽量多打地孔。在射频走线及其参考地周围，不建议有其他任何走线或器件。
50Ω阻抗的理论计算：

阻抗计算工具示意图（单位 mil）
Er1，T1，C1，C2，CEr 参数一般由 PCB 板厂确认，每个 PCB 板厂的工艺和材质有略微差异，需要和 PCB 板厂确认。
H1 为 PCB 厚度，W1 为线宽，D1 为线到旁边 GND 的距离。实际生产中要考虑误差。案例二 PCB 板厚 1.0mm PCB 板厚 1.0mm 时，RF 在 PCB 上线宽是 35mil，线到旁边的 GND 的间距是 8mil。
四层板阻抗设计
四层板，板厚 1.0mm，RF 线走在表层 Lay1，参考 Lay2（GND 层）。不同 PCB 板厂的叠层会有不同，以下图的 4 层板的叠层为例：

层板叠层厚度示意图