RF與數(shù)模電路的PCB設(shè)計之魅（一）

如何將RF與數(shù)模電路設(shè)計在同一PCB上？

　　手持無線通信設(shè)備和遙控設(shè)備的普及推動著對模擬、數(shù)字和RF混合設(shè)計需求的顯著增長。手持設(shè)備、基站、遙控裝置、藍(lán)牙設(shè)備、計算機(jī)無線通信功能、眾多消費電器以及軍事/航空航天系統(tǒng)現(xiàn)需要采用RF技術(shù)。

　　數(shù)年來，RF設(shè)計需要專業(yè)設(shè)計人員使用專門的設(shè)計和分析工具來完成。典型情況下，PCB的RF部分由RF專業(yè)人員在獨立環(huán)境下設(shè)計好后，再與混合技術(shù) PCB的其余部分合并在一起的。這一過程的效率很低，而且為了與混合技術(shù)整合在一起，常常需要反復(fù)設(shè)計，還需要用到多個互不相關(guān)的數(shù)據(jù)庫。

　　在過去，設(shè)計功能在兩個設(shè)計環(huán)境進(jìn)行和重復(fù)，并通過一個非智能的ASCII接口連接（圖1（a））。兩個環(huán)境中的PCB系統(tǒng)設(shè)計和RF專門設(shè)計系統(tǒng)有它們自己的庫、RF設(shè)計數(shù)據(jù)庫和設(shè)計存檔。這就要求兩個環(huán)境中的設(shè)計數(shù)據(jù)（原理圖和版圖）和庫通過一個繁瑣的ASCII接口進(jìn)行管理和同步。

　　在這一舊的方法下，RF設(shè)計師孤立于PCB系統(tǒng)設(shè)計中的其他部分進(jìn)行RF電路的開發(fā)。然后該RF電路再利用ASCII文件翻譯到總體PCB設(shè)計中，從而在主PCB上創(chuàng)建出原理圖和物理實現(xiàn)。如果RF電路存在問題，那么設(shè)計必須在獨立的RF解決方案中修正，然后再重新翻譯進(jìn)主PCB。

　　RF模擬器只模擬了理想的射頻電路。在實際混合系統(tǒng)實現(xiàn)中有許多零碎的地層、地過空和相鄰的RF電路，這使得分析變得非常的困難，而且誰都知道這些附加的形狀將會對RF電路運作產(chǎn)生長久的影響。

　　這一舊方法多年來已成功地用于混合信號電路板設(shè)計，但隨著產(chǎn)品中RF電路含量的增加，兩個獨立設(shè)計系統(tǒng)帶來的問題已開始影響設(shè)計師的生產(chǎn)力、產(chǎn)品上市時間和產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　為了解決這些問題，Mentor Graphics公司已經(jīng)開發(fā)出一種動態(tài)鏈接技術(shù)，它可以將PCB原理圖和版圖工具與RF設(shè)計和模擬工具集成在一起，從而產(chǎn)生了一種新的解決方案，它可以克服傳統(tǒng)的射頻設(shè)計的缺點。

　　RF感知（RF aware）PCB設(shè)計

　　為保持PCB和RF設(shè)計間的設(shè)計意圖，RF設(shè)計工具必須理解PCB布局中面向?qū)樱╨ayer-oriented）的結(jié)構(gòu)，而PCB系統(tǒng)也必須理解RF設(shè)計環(huán)境中使用的參數(shù)化平面微波元件。

　　另一個關(guān)鍵問題是，PCB系統(tǒng)將RF電路的版圖構(gòu)建成短路電路，這妨礙了對設(shè)計進(jìn)行正確的設(shè)計規(guī)則檢驗（DRC）。對當(dāng)今的復(fù)雜RF系統(tǒng)設(shè)計來說，功能上的RF感知DRC是設(shè)計方法學(xué)確保設(shè)計正確所必須的。

　　所有這些都對保持設(shè)計意圖有幫助。保持設(shè)計意圖非常關(guān)鍵，因為它是實現(xiàn)在工具集間設(shè)計數(shù)據(jù)的多次往返而不丟失信息的基礎(chǔ)。

　　RF設(shè)計是個反復(fù)的過程，需要采取很多步驟對設(shè)計進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。過去，在真實的PCB設(shè)計背景下，進(jìn)行RF設(shè)計非常困難。當(dāng)當(dāng)在PCB上實現(xiàn)經(jīng)過優(yōu)化的RF模塊時，仍無法保證它仍工作在最佳狀態(tài)。作為一種驗證，需要對PCB實現(xiàn)進(jìn)行電磁場分析（EM）。

　　這個設(shè)計流程存在好幾個問題。首先，電路被當(dāng)作簡單的金屬層幾何圖形進(jìn)行模擬，所以RF工具無法對金屬層進(jìn)行修改，無法把經(jīng)優(yōu)化的結(jié)果回送至PCB設(shè)計后仍擁有一個良好的RF電路。其次，EM方案很耗時。

　　在新流程中，因為PCB工具和RF工具對設(shè)計意圖有共識，所以電路可在工具集間傳來送去而不會丟失設(shè)計意圖。這意味著電路模擬（速度很快）和EM分析（當(dāng)需要時）可重復(fù)進(jìn)行，且可