PCB Design Guidelines for SIRF

PCB Design Guidelines for SIRFstar III Implementation
1介绍
1. 1基本的PCB layout guidelines
A. SIRF 典型的参考设计方案是:4层,6层,双面贴片，标准FR4板
B. 所有的元件尽量采用贴片元件.
C. 连接器的安置要避免噪声系统连接到cable并穿越GPS板。推荐使用小的连接器，并且接口要包地或隔开。
D. 所有的RF的元件摆放尽量使其是最小的线长和互相交叉.----这是RF设计成功的关键。.
E. 所有RF的pin要参考原理图放置.所有IC的power pin都要在每个pin上放一个最小0.01uF的去耦电容.(实在不行也可以相邻的power pin共用一个),并且尽量靠近IC.并且最好是直接打via到地.这样可以尽可能的减少开关noise.
F. 保证足够的间隔给RF和base band做屏蔽罩.(适当的屏蔽罩可以把敏感的RF区域,天线和别的噪声源隔离开).屏蔽罩四周要连续的焊接在扳子上,不要有空隙,并且最少每隔100mils要打一个via到地.
G. RF部分和数字部分要分开放置在板子的不同区域.
H. 所有的RF地要直接打via到地上,保证最短的内部线长.
I. 对于多pin的数位元件要保证尽可能少的多方向线段。（类似AU1200）
J. TCXO和晶振等尽量和高速的数字信号隔开,热隔离区要尽可能大以取得最好的性能，这个要求是必须遵循的。并保证良好的散热.这是个折中的办法,一个要靠近IC,保证好的performance,一个要保证好的散热.
K. 所有的设计要能符合工艺要求,尽量的符合DFM/DFT的需要.强烈建议在开发阶段尽量多加些测试点.
L. 尽量使用SIRF的参考设计中的BOM元件,如果要更换新的料件,要让所选的料件和参考设计的参数完全兼容.
M. 保证RTC的区域远离数位和RF区域.如果可能,RTC要直接走在紧邻ground层的层上.另外要避免数字信号穿过RTC区域.圆桶型的晶振尽量不要选用.
以上是些基本layout规范,在布局的时候就要好好考虑到.
2. RF设计
对于做低频数字信号的设计者来说,RF信号设计是个新的挑战.RF线路通常是纳伏级的 (<-140dBm)级的,而且oscillators的稳定性也要求在PPB级（十亿分之一）的. RF线路中它的信号特性已经改变很多。必须从RF的观点去看待线路和器件。下面是基本的RF要求。
2.1 TRACK,PAD,和ground层
   大部分的RF信号都是要建立在一个统一的完整地平面以提供良好的退偶和电气地.所有的Track, PAD,和元件之间都是会在互相邻近的物理元件之间形成一个电容偶合.如果使用一个完整的地,那么将形成个大的电容对地.这个电容可以减少各个部件之间的偶合,同时给电流提供一个很好的回路.
   PAD和地之间也会有个寄生电容.这个PAD被使用的时候每次都会增加一个小的电容对地.这个电容比100PF大一点还不是很大的问题,但是如果太大了就不行.如果PAD的物理尺寸很大,或则绝缘体(线路板绝缘层)很薄,那很可能这个电容就会很大,这样就会发生问题.通常RF设计者会尽量减少这个电容.但是很不幸,通过铜导线的时候会有很多寄生的参数在里面.所有的在地平面上的Trace都会形成一个传输线,必须让他们尽可能短.
  打到地的via也会寄生一个很小的电感,那么这个电感也会对RF信号产生影响.RF信号需要一个很好的地.如果IC有好多个ground pin,那么每个pin都要直接分别打个via到地,以减少寄生电感.不要几个ground pin共用一个via.这样很可能会导致信号通过这种公共via的时候产生crosstalk.所以一个比较好的做法是,使用各自独立的多重via分别接地.
2.2.RF器件.
   由于设计者对一些不是特别重要的器件会进行一些更换,所以有些RF和寄生的参数需要考虑.
A. 贴片电阻,在一般的使用中经常会忽略片阻上的一些寄生参数.但是在RF中却是不能忽略.贴片电阻的RF参数中最重要的是它的串联电感（ESL）。在GPS设计中对于GPS的频率使用0603,0402的电阻通常不会有太大的问题,但如果使用0402,0201的时候,设计者还要考虑到这种器件的散热问题.
B. 贴片电容,象贴片电阻一样贴片电容最重要的RF参数也是寄生的串联电感（ESL）的存在,而且不能忽视它.电容器本身的电容和串联的电感会在某些频点上形成谐振.设计者必须很小心的处理这个问题.一个12PF,0603的电容(再考虑到PAD和TRACE 电感)在GPS的频率的时候就会产生谐振.这点可以利用来旁路电源线以防止RF信号跑到别的我们不希望的地方去.也可以利用来阻止直流电流并让GPS信号不会损耗的通过.另外一个0.1uF的电容在30MHz的时候也会产生谐振.并且在高于此频率，电容将谐振为一电感器件。所以对于高于100MHz的频率是不能用0.1uF的旁路电容很好的解决.所以在GPS频率的范围内光用0.1uF旁路电容是不够的.
C. 贴片电感,这是个最复杂的元件类型.它主要的寄生器件是个并联的谐振器.这个谐振器由它的内部并联电容,对地电容,和它本身的电感及寄生的内部电感组成.内部的并联电容值每个厂家做的都差别很大.所以如果使用的电感接近于它的谐振点,并且要使用新的厂家的电感,那要保证它的参数要和原始的料件很接近.通常只有在通直流的时候电感的并联谐振点才用于RF的开环回路（比如用于给RF CABLE供直流电源的T连接的时候）.一个很少回路的0603的电感,会使电路的电气特性有很大的差异.特别是不同的厂家之间.同样,在用于RF特性中的网络电感更是可能由于绕法和贴装也导致很大的不同.
高Q值的电感(>50-60,可能的话)通常用于LNA的输入.同样很重要的是屏蔽电感,或者尽可能的把它们放置在远离躁声的地方，以减少噪声偶合进电感.相邻的电感放置的时候它们之间要保证一个正确的角度,以减少它们之间的偶合效应.