智能手机射频PCB布局经验与指导

2017-04-22 by:CAE仿真在线来源:互联网

一

placement

Placement动作在Layout之前,Placement既是为了 layout满足一定设计规范,又是为layout走线指明了方向。 layout期间原则上不能再大动placement,只能微调。这也要求进行placement时必须深入考虑到layout。高质量的 placement会让layout工程师感觉走线顺畅合理。不合理的 placement可能使得PCB不满足设计规范,甚至会导致layout 走线困难,最终调整placement。

二

射频placement原则

通则:loss、阻抗连续、隔离度(EMC)
(1)走线:短、粗、顺短:意味着loss小粗:意味着阻抗易控公差相对小,loss小顺:意味着易走线,线直,loss小
(2)RF信号线尽量走表层,少换层,避免过孔的寄生参数
(3)射频电路尽量不要和BB共屏蔽罩,单芯片方案除外

1、射频transceiver:
(1)尽量靠近BB芯片,使得到 BB的IQ、SPI等线尽量短。
(2)接收Port位置应方便接收差分线出线并走表层。
(3)如果有分集天线,尽量兼顾到主集和分集,但目前主流板型考虑分集天线较多,因为分集天线环境通常较差,主集天线环境较好,且主集走线本来就很长。

(4)方便TCXO的摆放,即尽量远离热源
(5)方便去耦电容和滤波电容等外围器件的摆放
(6)如果双面布件,其背面尽量避开其他芯片,为方便出线和避免干扰

2、TCXO或crystal:
(1)尽量远离热源,热源包括 PA,PMIC等,用于WCN的时钟甚至还要与WCN芯片保持一定距离, 因为内部集成了PA,也是热源。
(2)时钟如果是crystal,距离transceiver不能太远,一般会紧靠,因为太远会有寄生参数,如果是TCXO,那么可以距离较远。

3、天线开关、集成开关的FEM:
如sky7759X系列和sky7791X, 一般放在PCB的边角,空间上一般介于transceiver和天线之间,并尽量使得两者之间线路顺畅,Trx 口朝着transceiver和duplexer, ANT口朝着天线。有时ANT口和TRX 口不能都兼顾到,一般优先考虑 TRX口的走线,因为TRX口比较多 (4个以上)。而ANT口只有一个, 且增加的loss基本能接受。

4、LNA:
WCN中的LNA尽量靠近天线端摆放, 以获得小的系统噪声系数。提高系统灵敏度。Cellular中尽量靠近FEM、 duplexer。总之,LNA距离天线越近越好。

5、PA:

(1)电路上位于transceiver和 switch(或FEM)之间,主要考虑 RF通路线短、线顺和线尽量走表层。
(2)有些平台要求PA和 transceiver放到不同的屏蔽罩里, 或者要求两者保持一定距离,特别是不成熟的平台。因为后者EMI 性能原因。
(3)存在多个PA时,尽量分散开, 避免热源集中。

6、WCN芯片:
(1)尽量靠近天线馈点,走线应尽可能短,以减小loss,
(2)需要单独的屏蔽罩,因为频率较高,且GPS灵敏度非常低, 极易被干扰。
(3)方便WCN的时钟避开热源。

(4)右上图布局优于下图

7、双工器:
位于transceiver和FEM之间,摆放位置需综合评估接收和发射通道,以RF 通道长度尽量短为原则,还要考虑接收和发射间隔离度,且匹配电路能紧靠本体放置。

8、匹配电路:
匹配器件靠近需要匹配的器件来放, 或者靠近阻抗不连续的地方放,尽量不要放到长线的中间。最好三个一组。

9、balun、接收SAW和balanced DPX:
一般靠近transceiver放置, 差分匹配阻抗比较大,太长了损耗大。

10、耦合器:
位于测试座和FEM之间,一般都是靠近FEM的ANT端摆放,但无强制要求,视情况而定。

11、滤波电容、去耦电容:
两者都是并联到地,并联到地的电容通常起到滤波或者储能等作用。

滤波电容需要尽量紧靠信号流入器件的pin脚摆放, 有源器件基本都需要加。 DCDC电源上往往有2个电容,需要首尾各放一个(如下图VDDWRF),不能堆在一端。

12、电感:
需注意两个电感尽量避免紧挨着并行放到一起,因为两个电感之间存在互感, 调试其中一个的时候,另外一个也跟着变, 可以考虑相互垂直摆放。

13、电阻:
射频用到电阻的几个地方:衰减电路, vramp上的RC滤波电路,coupler上的50欧姆。温度检测电路上的温敏电阻,其他就是0欧姆。要注意的就是温敏电阻要靠近 PA放置。Vramp上的RC要靠近PA放,其他要求不高。

14、RF测试座和RF cable连接器:
一般在结构DXF里有标识位置, 但结构给的位置有时不是最优,可以考虑优化,以走线短、顺为原则。

三

几种常见板型

1、整板
板型特点:
1、整个PCB板相对比较完整,除了边缘结构的避让没有大面积的残缺部分 (如右图)
2、PCB面积大,可利用走线空间大。
3、射频与BB的重心分居PCB两端,不好都兼顾
4、该板型的使用比较少

布局策略:
1、建议单面摆件,否则整机难以做薄
2、射频屏蔽罩放主天线端
3、BB部分尽量靠近板中部放置,避免transceiver与BB之间走线过长
4、FEM、transceiver、BB沿板边纵向一字摆开
5、WCN与分集天线分居PCB板另一端两侧
6、右图placement是有问题的,transceiver距离BB太远,IQ线太长。

2、半板
板型特点:
1、整个PCB板面积不到整板面积的一半
2、PCB面积小,可利用走线空间小。
3、射频与BB的重心分居PCB两侧,非常紧凑
4、必须双面部板,一般top层放器件,bottom层放卡座等
5、该板型是当前流行的板型之一

布局策略:
1、射频屏蔽罩放与主集和分集天线馈点同侧
2、BB部分尽量靠近板中部放置,避免 transceiver与BB之间走线过长
3、FEM、transceiver、BB横向一字摆开
4、射频PA、FEM、transceiver三大件呈“品” 字布局
5、WCN与分集天线分居PCB板另一端两侧

3、“L”板(或叫“C”形板/“刀”形板)
板型特点:
1、整个PCB板为电池空间掏掉大半部分。
2、PCB面积小,可利用走线空间小。
3、整体器件布局基本同半板
4、必须双面布板,一般top层放器件,bottom层放卡座等
5、不用半板是因为电池选型和屏的选型以及节省FPC
6、该板型是当前流行的板型之一

布局策略:
1、射频屏蔽罩放与主集和分集天线馈点同侧
2、BB尽量靠近板中部放置,避免transceiver与BB之间走线过长
3、transceiver、BB横向摆开
4、射频屏蔽罩内PA、FEM、transceiver三大件呈“品”字布局
5、WCN与分集天线分居PCB板另一端两侧
6、注意该板型的主集射频测试座不要放到下面靠近天线的地方

4、条形板(窄板)
板型特点:
1、PCB板只占据整机壳体的纵向一部分,可认为是横向的半板
2、PCB面积通常比半板稍大,可利用走线空间稍大。
3、板型决定了其FEM、transceiver、BB只能纵向一字摆开
4、该板型在手机项目上使用较少,多见于平板项目。

布局策略:
1、射频屏蔽罩放与主集和分集天线馈点同侧
2、BB部分尽量靠近板中部放置,方便散线
3、FEM、transceiver、BB 纵向一字摆开
4、射频PA、FEM、transceiver三大件呈“品” 字布局
5、WCN靠近其天线馈点放置

四

实际项目案例与点评

1、案例一:
(1)WCN位置合理,但天线净空小
(2)(2)分集测试座位置不利于过测试,线长loss大
(3)transceiver距离BB远,IQ线过长,会导致吞吐量问题。
(4)射频屏蔽罩形状限制,3G4G PA稍远,呈“品”字最好 (5)热敏电阻稍偏 (6)天线净空面积小

2、案例二:
(1)transceiver和BB相对位置
(2)WCN距离天线远
(3)双工位于FEM和PA之间loss小,但空间拥挤匹配摆放不方便
(4)该项目LNA电源上的滤波电容放到了其他位置,导致灵敏度干扰问题
(5)天线净空太小,实际测试确实差
(6)FEM位置合理
(7)LNA位置较差,靠Transceiver放了,应靠FEM放。

3、案例三:
(1)transceiver和BB相对位置OK
(2)WCN靠近天线位于bottom层,基本合理,但其TCXO距离PMIC稍近
(3)双工位于FEM和PA之间loss小,且走表层,合理
(4)器件和走线疏密控制相对较好
(5)FEM位置合理
(6)LNA位置基本合理
(7)该项目placement相对比较合理, 是个不错的参考