本文以FR-4電介質、厚度0.0625in的雙層PCB為例,羅列出各種不同的設計疏忽,探討每種失誤導致電路故障的原因,并給出了如何避免這些設計缺陷的建議。該電路板底層接地,工作頻率介于315MHz到915MHz之間的不同頻段,Tx和Rx功率介于-120dBm至+13dBm之間。
電感方向
當兩個電感(甚至是兩條PCB走線)彼此靠近時,將會產生互感。第一個電路中的電流所產生的磁場會對第二個電路中的電流產生激勵(圖1)。這一過程與變壓器初級、次級線圈之間的相互影響類似。當兩個電流通過磁場相互作用時,所產生的電壓由互感LM決定:

式中,YB是向電路B注入的誤差電壓,IA是在電路A作用的電流1。LM對電路間距、電感環路面積(即磁通量)以及環路方向非常敏感。因此,緊湊的電路布局和降低耦合之間的最佳平衡是正確排列所有電感的方向。

磁力線
由上圖的磁力線可以看出互感與電感排列方向有關。
對電路B的方向進行調整,使其電流環路平行于電路A的磁力線。為達到這一目的,盡量使電感互相垂直。

兩種不同的PCB布局
上圖中所示為兩種不同的PCB布局,其中一種布局的元件排列方向不合理(L1和L3),另一種的方向排列則更為合適。
應遵循原則:電感間距應盡可能遠;電感排列方向成直角,使電感之間的串擾降至最小。
引線耦合
如同電感排列方向會影響磁場耦合一樣,如果引線彼此過于靠近,也會影響耦合。這種布局問題也會產生所謂的互感。RF電路最關心問題之一即為系統敏感部件的走線,例如輸入匹配網絡、接收器的諧振槽路、發送器的天線匹配網絡等。
返回電流通路須盡可能靠近主電流通道,將輻射磁場降至最小。這種布局有助于減小電流環路面積。返回電流的理想低阻通路通常是引線下方的接地區域—將環路面積有效限制在電介質厚度乘以引線長度的區域。但是,如果接地區域被分割開,則會增大環路面積。對于穿過分割區域的引線,返回電流將被強制通過高阻通路,大大提高了電流環路面積。這種布局還使電路引線更容易受互感的影響。

完整的大面積接地有助于改善系統性能
對于一個實際電感,引線方向對磁場耦合的影響也很大。如果敏感電路的引線必須彼此靠近,最好將引線方向垂直排列,以降低耦合(圖4)。如果無法做到垂直排列,則可考慮使用保護線。

可能存在的磁力線耦合