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你知道电路PCB设计的一些技巧吗?

发布时间:2019-09-30 点击次数:143

利用电容的“零阻抗”特性实现射频接地

在射频电路板上,必须提供一个对输入和输出端口的任何射频信号都能作为“零”或参考点的共用射频接地点(这些点必须是等电位的)。在射频电路板上的直流电源供电端和直流偏置端,直流电压必须保持在直流电源供电的原始值上,但对可能叠加在直流电压上的射频信号,必须使它对地短路或将其抑制到所要求的程度。换句话说,在直流电源供电和直流偏置端,其阻抗对交流或射频的电流或电压信号必须接近于零,即达到射频接地的目的 [7] 。

在一个射频电路板上的每一个射频模块中,不管是无源还是有源电路,射频接地都是不可缺少的部分。在进行电路测试时,不良的射频接地将导致对各种参数的测量误差。不良的射频接地也会降低电路性能,如产生附加噪声和寄生噪声,不期望的耦合和干扰,模块和器件之间的隔离变差,附加功率损失或辐射,附加相移,在极端情况下还会出现意想不到的功能错误。

电容是常用的射频接地元件。理论上,一个理想电容的阻抗Z C 是

式中,C为电容的容量;ω为工作角频率。

从式(12-22)可以看到,对于直流电流或电压,ω=0,电容的阻抗Z C 趋于无穷;而对于射频信号,ω≠0,随着电容量增加,其阻抗变小。理想情况下,通过无限增加电容的容量C,其射频阻抗能够接近零。

然而,期望通过在射频接地端与真实接地点之间连接一个容量无穷大的理想电容实现射频接地是不现实的。射频一般来说,只要电容容量足够大,能使射频信号能够接到一个足够低的电平就可以了。例如,一个直流电源供电端的射频接地,常用的设计方法 [89] 如图12-40所示,即在直流电源供电端的导线上连接多个不同容量(10pF~10μF)的电容到地,以实现射频接地。

图12-40

但不幸的是,这种利用多个电容实现射频接地的方式往往达不到所希望的效果。正如6.2.2节“电容(器)的射频特性”中所介绍的那样,电容的射频等效电路是一个包含R、L、C的网络,会对不同的工作频率呈现出不同的阻抗特性。对于一个特定频率的射频信号而言,不同容值的电容可能呈现一个高阻抗的状态,但并不能够起到射频接地的作用。

从串联RLC电路的阻抗特性知道,当一个串联RLC回路产生串联谐振时,感抗与容抗相等,回路的阻抗为最小(纯电阻R)。对于一个质量良好的电容而言,其R很小,阻抗趋向为零。

如图12-41所示,在设计电路时,对于一个特定频率的射频信号,可以选择一个特定容值的电容,使它对这个特定频率的射频信号产生串联谐振,呈现一个低阻抗(零阻抗)的状态,从而实现射频接地。注意,串联谐振的电容和电感包括PCB的分布电容和分布电感。



谐振回路接地点的选择

众所周知,并联谐振回路内部的电流是其外部电流的Q倍(Q为谐振回路的品质因数)。有时谐振回路内部的电流是非常大的,如果把谐振回路的电感L和电容C分别接地,如图12-50所示,由图可见,在接地回路中将有高频大电流通过,会产生很强的地回路干扰。

如果将谐振回路的电感L和电容C取一点接地,使谐振回路本身形成一个闭合回路,如图12-51所示,此时高频大电流将不通过接地平面,从而有效地抑制了地回路干扰。因此,谐振回路必须单点接地。




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