手机射频之阻抗控制

手机射频电路中的阻抗控制是确保信号传输质量的关键技术。在射频电路设计中，为了实现信号能够从信号源（Source端）完全传输至负载（Load端）而无反射，必须精确控制电路的特性阻抗。这种控制是通过设计和布局来实现的，让信号传输路径的特性阻抗与源端和负载端的阻抗相匹配。 阻抗控制的目的是为了最小化信号传输过程中的反射。信号的反射由多种因素引起，比如阻抗不连续、阻抗不匹配等。在射频通信中，信号以电磁波的形式传播，若传输线路上的阻抗发生突变，会导致部分信号能量被反射回源端，造成信号质量下降。因此，阻抗控制的核心在于优化传输线路的设计，以保持阻抗的均匀连续。 在PCB布局设计中，阻抗控制尤为重要，因为PCB是信号传输的主要媒介。根据不同的信号类型（如单端或差分信号），设计工程师会设定不同的特征阻抗。通常，单端射频信号的特征阻抗设定为50欧姆，而差分射频信号的特征阻抗设定为100欧姆。这样的设定是基于历史经验和技术折衷，旨在平衡最大的传输功率和最小的信号损耗。 在进行阻抗控制之前，工程师需要从PCB制造商那里获取迭构数据，这些数据包括不同层面之间的介电常数、板材厚度、铜箔厚度等，这些都是计算和设计特定特征阻抗的关键参数。在手机射频设计中，常见的PCB结构可能是8层或10层，这些层的迭构有特定的排列方式，如3-2-3或4-2-4迭构。迭构的选择会影响到阻抗控制的难度和布线的灵活性。例如，AnyLayer结构为布线提供了最大的灵活性，但成本也相应更高。 在PCB布局中，走线（Trace）的型式包括单端信号走表层、单端信号走内层、差分信号走表层和差分信号走内层。这些不同的型式要求考虑不同的参数，如覆膜厚度、参考层距离、线路宽度、线路厚度、差分线间距等。例如，单端信号走表层时，其阻抗与覆膜厚度、线路宽度和线路与地层间的距离有关系；而差分信号走内层时，其阻抗与差分线间距有更大的关联。 在实际计算阻抗时，会使用到Coplanar结构和Microstrip结构，单端信号通常用Coplanar结构，而差分信号则更多使用Microstrip结构。由于制程的影响，实际的线路宽度会有梯型变化，因此在计算阻抗时会使用到特定的公式来估算。阻抗计算的结果必须在一个允许的误差范围内，以保证信号质量不受影响。通常，阻抗误差和插入损耗（Insertion Loss，简称IL）都是需要严格控制的参数，它们会直接影响信号的传输性能。 在PCB布局中，工程师会关注线宽与阻抗之间的关系。线宽与阻抗是成正比关系的，但是超出一定范围后，阻抗的变化率会降低。例如，当线宽超过6mil时，阻抗变化不大；而超过10mil时，变化更小。在计算阻抗时，工程师还会考虑线宽与阻抗的上下限，以确保即使在PCB制造过程中存在一定的线宽误差时，仍能保证阻抗的相对稳定。 在PCB设计中，可能会出现只有表层和第六层用于走线的情况，这是基于阻抗计算的结果。若走第二层，则可能得到过细的线宽，这会增加阻抗误差并可能导致插入损耗过大。插入损耗过高会直接影响信号传输功率，从而影响信号的最终质量。 此外，当设计单端信号的阻抗时，需要考虑与地平面的间距；而差分信号则主要受差分线间距的影响。在特定的PCB层数设计中，可能会发现线宽太细，这会影响阻抗的计算结果。在这种情况下，设计者可能需要在阻抗和线宽之间做出权衡，以保证信号质量不受影响。 手机射频电路的阻抗控制是一个复杂而精确的工程任务，要求工程师在理解射频信号特性的基础上，通过精确的PCB布局设计和制造工艺控制，达到信号完整性（Signal Integrity）的最佳化。通过这样的设计，可以确保射频信号在源端和负载端之间传输时，能量损耗最小，信号质量最高。