一種基于VXI總線的射頻開關(guān)模塊設(shè)計(jì)

　　每個(gè)VXI總線器件都有一組“配置寄存器”，系統(tǒng)主控制器通過(guò)讀取這些寄存器的內(nèi)容來(lái)獲取VXI總線器件的一些基本配置信息，如器件類型、型號(hào)、生產(chǎn)廠家、地址空間（A16、A24、A32）以及所要求的存儲(chǔ)空間等。

　　射頻電路的頻率范圍約為10kHz到300GHz。隨著頻率的增加，射頻電路表現(xiàn)出不同于低頻電路和直流電路的一些特性。因此，在設(shè)計(jì)射頻電路的PCB板時(shí)就需要特別注意射頻信號(hào)給PCB板所帶來(lái)的影響。本射頻開關(guān)電路是由VXI總線控制的，在設(shè)計(jì)中為減少干擾，在總線接口電路部分與射頻開關(guān)功能電路間采用排線連接，以下主要介紹射頻開關(guān)功能電路部分PCB板的設(shè)計(jì)。

　　2.1 元器件的布局

　　電磁兼容性（EMC）是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境中按照設(shè)計(jì)要求能正常工作的能力。對(duì)于射頻電路PCB設(shè)計(jì)而言，電磁兼容性要求每個(gè)電路模塊盡量不產(chǎn)生電磁輻射，并且具有一定的抗電磁干擾能力。而元器件的布局直接影響到電路本身的干擾及抗干擾能力。也直接影響到所設(shè)計(jì)電路的性能。

　　布局總的原則：元器件應(yīng)盡可能同一方向排列，通過(guò)選擇PCB進(jìn)入熔錫系統(tǒng)的方向來(lái)減少甚至避免焊接不良的現(xiàn)象；元器件間最少要有0.5mm的間距才能滿足元器件的熔錫要求，若PCB板的空間允許，元器件的間距應(yīng)盡可能寬。

　　元器件的合理布局也是合理布線的一個(gè)前提，因此應(yīng)該綜合考慮。在本設(shè)計(jì)中，繼電器是用于轉(zhuǎn)換射頻信號(hào)的通道，故應(yīng)將繼電器盡量貼近信號(hào)輸入端與輸出端，以此來(lái)盡量減短射頻信號(hào)線的走線長(zhǎng)度，為下一步的合理布線做出考慮。

　　此外，本射頻開關(guān)電路是由VXI總線控制，射頻信號(hào)對(duì)VXI總線控制信號(hào)的影響也是布局時(shí)必須考慮的問(wèn)題。

　　2.2 布線

　　在基本完成元器件的布局后，就要開始布線，布線的基本原則為：在組裝密度許可情況下，盡量選用低密度布線設(shè)計(jì)，并且信號(hào)走線盡量粗細(xì)一致，有利于阻抗匹配。

　　對(duì)于射頻電路，信號(hào)線的走向、寬度、線間距的不合理設(shè)計(jì)，可能造成信號(hào)傳輸線之間的交叉干擾；另外，系統(tǒng)電源自身還存在噪聲干擾，所以在設(shè)計(jì)射頻電路PCB時(shí)一定要綜合考慮，合理布線。

　　布線時(shí)，所有走線應(yīng)遠(yuǎn)離PCB板的邊框（2mm左右），以免PCB板制作時(shí)造成斷線或有斷線的隱患。電源線要盡可能寬，以減少環(huán)路電阻，同時(shí)，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，以提高抗干擾能力。所布信號(hào)線應(yīng)盡可能短，并盡量減少過(guò)孔數(shù)目；各元器件間的連線越短越好，以減少分布參數(shù)和相互間的電磁干擾；對(duì)于不相容的信號(hào)線應(yīng)盡量相互遠(yuǎn)離，而且盡量避免平行走線，而在正反兩面的信號(hào)線應(yīng)相互垂直：布線時(shí)在需要拐角的地方應(yīng)以135度角為宜，避免拐直角。

　　以上設(shè)計(jì)中，PCB板采用四層板，為減小射頻信號(hào)對(duì)VXI總線控制信號(hào)的影響，故將兩種信號(hào)走線分別放在中間兩層，且射頻信號(hào)線用接地過(guò)孔帶屏蔽。

　　2.3 電源線和地線

　　在射頻電路PCB設(shè)計(jì)中的布線需要特別強(qiáng)調(diào)的是電源線與地線的正確布線。電源和地線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證。射頻電路的PCB板上相當(dāng)多的干擾源是通過(guò)電源和地線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲干擾最大。根據(jù)PCB板電流的大小，電源線、地線線條設(shè)計(jì)的要盡量粗而短，減少環(huán)路電阻。同時(shí)使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。在條件允許的情況下盡量采用多層板，四層板比雙面板噪聲低20dB，六層板又比四層板噪聲低10dB。

　　在本文設(shè)計(jì)的四層PCB板中，頂層和底層兩層均設(shè)計(jì)為地線層。這樣無(wú)論中間層哪一層為電源層，電源層和地線層這兩個(gè)層彼此靠近的物理關(guān)系，形成了一個(gè)很大的去耦電容，減少了地線所帶來(lái)的干擾。

　　地線層采用大面積鋪銅。大面積鋪銅主要有以下幾個(gè)作用：

　?。?）EMC.對(duì)于大面積的地或電源鋪銅，會(huì)起到屏蔽作用。

　?。?）PCB工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對(duì)于布線較少的PCB板層鋪銅。

　?。?）信號(hào)完整性要求，給高頻數(shù)字信號(hào)一個(gè)完整的回流路徑，并減少直流網(wǎng)絡(luò)的布線。

　　（4）散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等等。

　　3 結(jié)論

　　VXI總線系統(tǒng)是一種在世界范圍內(nèi)完全開放的、適用于多廠商的模塊化儀器總線系統(tǒng)，是目前世界上最新的儀器總線系統(tǒng)。以上主要介紹了基于VXI總線的射頻開關(guān)模塊的研制。介紹了總線接口的設(shè)計(jì)以及射頻開關(guān)模塊功能電路部分PCB板的設(shè)計(jì)。射頻開關(guān)由VXI總線控制，增加了開關(guān)操作的靈活性，使用方便。