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  • 手机射频layout

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    基础篇

    对于系统,电路,器件,指标等都多少说了一些,忽然想到还有部分工作对于RF是很重要的,那就是layout了。

        其实刚入门的手机layout也知道,RF线都是最重要的,要立体包地,做好隔离。而这部分也就是射频的发射和接收线。当然了,还有阻抗控制也是很重要的。这个几乎都不是RF的范畴了,一般的layout都会走的很好,好的layout画完板你都会觉得很郁闷,根本不给我们发挥的机会啊,线走的那叫一个漂亮。现在各个平台和技术都很成熟了,所以走线保证没问题,后期基本也不会有什么大的问题了。

        闲来无事,那我们就慢慢聊聊吧。最简单的分法,就是发射和接收。发射还好了,就是控制好线的阻抗,保护相对来讲不如接收那么重要,保证阻抗保证短的线长,也就是最小的损耗,损耗太大,功耗就不好调了。如果再选了一些余量本来就不大的PA,那么你就有的调了,PA在大功率时的性能要比小信号差多了,调起来很头疼。像PA饱和功率上不去会导致很多问题,如PVT,输出谱,如2G的调制谱,3G的ALCR,SEM还有ILPC。而且在计算阻抗的时候,最后用共面波导的模型,能保证更精确的结果。共面波导模型在射频线和地的距离比较大的时候才近似微带模型。但是现在有些射频线连1倍线宽都满足不了,所以微带模型就不准确了。此外有两点需要主要,就是要保证阻抗和地的连续性,阻抗的连续性就是要求线宽和线与地的距离需要保证不变,尽量减少过孔,过孔处有阻抗变换导致损耗的增加。还有射频线下的地是它的主要回流路径,不要在下面加些地孔,这样并不会比在射频线旁边打地孔好。此外就是能走粗点就别走细的,同样的特性阻抗粗的损耗小嘛。大家都知道接收线走的都是非常小的射频信号,这些线要尽量远离有干扰的地方,比如各种电和数字信号时钟之类。接收线的立体包就是很重要的,和发射线的隔离也是非常有必要的,反正就是各种包地,尽量多的地孔。尤其是像是SAW,diplexer都要做好接地。3G双工接地不好灵敏度出问题大家都知道很麻烦吧。

        查完射频收发的走线,就是再就看看PA,PA就是一定要保证接好地。PA的控制线一般走走就行,比如MOD,EN这些。2G VRAMP,稍微注意下,一般也不会有啥问题。供电线尽量粗点,走线先进大电容后进小电容。有些PA有耦合端口,某些平台做闭环功率用的,不用的时候空着,接50欧姆,接地都没啥大区别。就没其他的了。开关也没啥特殊需要注意的,反正注意接地就行了。查完这些就看看时钟,时钟是个很强的干扰源,反正一般情况大家把系统时钟都走的很好,一路立体包地,大孔也都在每层都包好。这些完了就去看看数字IQ,反正一堆线,都一起走在内层,DIGRF的接口抗扰力也不错,不容易出问题,别走的太差。Transceiver 这部分还剩下供电了吧,不同功能模块的电及电的地都分开点(这里再加一句,信号完整性分析里的一句话非常重要,就是没有地这个说法,我们所说的地就是有用信号的回流路径,如果我们把所谓的地,就是把这个回流路径同信号线同样的重视,那么layout上就很难出问题了。所以说回来你把这些“地”都分开,是不是很有必要呢?),比如是数字还是模拟,模拟的是发射的还是接收的,比较抗干扰的还是怕干扰的。比如发射的PRE-PA供电,内部LNA的供电,肯定LNA的供电要更小心把,线宽肯定是PRE-PA更宽点吧。PLL的供电及接地你要稍微像保护时钟一样注意下吧。内部ADC,DAC的供电也别太马虎吧。这里多说一句,这个就像庖丁解牛,目无全牛。你把transceiver 就看分立的器件,那么既简化了电路,又对各部分的layout有了比较明确的概念,该怎么走也就清楚了。当然,前提是你对每个模块都有点了解。模拟电路的收发,供电,接地。数字接口,控制接口,大家都查完了,那么基本的功能肯定是没问题了。

        又想到一个比较重要的问题,我就加在后面了。对于多个PA,Transceiver,电源过来的线都要走成星型,其实很多模块的对供电的要求都是这样的,大家都不喜欢“二手电”,呵呵。我记得还有一个芯片,内部的PRE-PA是两级,同一个LDO供电,但是这个供电不是串接在这两个电源上的,而是从一个点分成两段,分别给这两部分电路供电。这两部分电路相似度算是非常高的,但是还是需要星型走线,那么其他部分大家就更应该注意了吧。当然,还有一个方面是防止放大电路的自激,不过请领会我的精神,主要是让大家注意星型走线。

        感觉现在layout上出的问题越来越少了,归根结底还是技术越来越成熟了,说了这么多,大多都是基础的东西,layout本来也就这些基本的规则。当然,如果想深究的话,会有很多可以更细致的地方,但是我觉得实际中也用不到,实在有兴趣找本SI的书研究下也好。其实难的地方就是在这些规则冲突的时候,你怎么去平衡,怎么去评估风险。毕竟现在手机越来越薄,板子越来越小,层越来越少…不过做过几个项目之后你心里也会有个大概了,希望我噼里啪啦打的这些对你能有所帮助,如果觉得哪部分需要继续讨论,可以留言,我们可以深入的讨论下。那就先到这里,收工!

       喜欢的就帮我顶下,别那么懒,看的人少我就懒得写了。

    进阶篇

    之前说了一些射频部分layout的注意事项,估计有些人觉得没什么意思吧。不过确实提不起高手的兴趣。那么我就说一点有意思的吧。layout也可以实现些其他的东西,这个在手机的layout上应用的比较少了,但是我觉得还是有这个趋势的。

        大概是5年前吧,参加了一个公司的面试,没问任何问题,来个年纪估计在60岁左右的长者,是总管技术的,直接扔给我一块PCB,让我画原理图,然后就离开了。当时脑袋一片空白啊...不过最后还是把电路图画出来了,就是在信号输入端有一排很细的短路线,没看明白,大概有6,7根吧,后来这个这位老人家告诉我,这个是做匹配的,其实我也应该能想到,当年做微波器件的时候,尤其是频率高的电路,如10G,20G的,这种短路线开路线做匹配的还是很常见的。为什么有这么多呢,是方便调试,留一个最合适的其他的都断开。当然,这个板子不是在手机板子上。但是从频率角度,这个频率是低于部分手机频率的,所以,手机的板子上用layout代替一些器件是行得通的,一些大公司有很多这种设计,肯定专门有一个layout仿真的部门来搞这个,小公司大家也不玩这个花哨,再说也没搞仿真的人。

        先写到这里吧,明天再继续,突然想到,怕忘记了,留个记号先。

        还是先强调一下前提条件吧,否则大家确实会质疑。首先,这种设计肯定不是主流或者常见的,就算是大公司,一个板子里这种应用也不会很多。空间还是这个设计的最大限制,功能机还好,不过现在大家都在作超薄机,尽量把板子作到最小,所以在这种微带或带状线的应用发挥不出来。再有就是调试的问题,尤其在内层的,就更不现实了。所以说都是大公司才玩的,首先仿真上有足够的经验,保证了足够的精度,其次是可以作很多版来验证。再就是出货量非常大,刚开始的板子也许中规中矩,当手机已经非常稳定时,后来的COST DOWN版本,这些应用就开始出现了。

        个人觉得这个topic是值得做RF去深究的,毕竟这才是凸显RF工程师能力的地方,现在RF能做的事越来越少了。在SI的书中也有降到相关的一些内容。如利用layout来实现一些电容的功能。有些layout不方便share出来,等我找找资料里有没有这种例子,无图无真相嘛。希望我这个文章能让大家找到一个新的学习的方向。

     

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