蜂窩電話電路板布線是PCB布線工程師所面臨的極大挑戰(zhàn),現代蜂窩電話幾乎囊括了便攜式的所有子系統(tǒng),每個子系統(tǒng)都有相互矛盾的需求。一個設計完美的PCB必須在充分發(fā)揮每個互聯(lián)設備性能優(yōu)勢的同時,避免子系統(tǒng)之間的相互干擾,因此,對于相互沖突的要求不得不對每個子系統(tǒng)性能進行折衷考慮。雖然蜂窩電話的音頻功能在持續(xù)增加,但給予音頻電路PCB布線的關注卻很少。
元件布局
任何PCB設計的第一步當然是選擇每個元件的PCB擺放位置。仔細的元件布局可以減少信號互連、地線劃分、噪音耦合以及電路板的占用面積。
蜂窩電話包含數字電路和模擬電路,為了防止數字噪聲對敏感的模擬電路的干擾,必須將二者分隔開。把PCB劃分成數字區(qū)和模擬區(qū)有助于改善此類電路布線性能,雖然蜂窩電話的RF部分通常被當作模擬電路處理,但許多設計中需要關注的一個共同問題是RF噪聲,需要防止RF噪聲耦合到音頻電路,經過解調后產生聽覺噪音。為了解決這個問題,需要把RF電路和模擬電路中的音頻電路盡可能分隔開。
將PCB劃分成模擬、數字和RF區(qū)域后,需要考慮模擬部分的元件布置。元件布局要使音頻信號的路徑最短,音頻放大器要盡可能靠近耳機插孔和揚聲器放置,使D類音頻放大器的EMI輻射最小,耳機信號的耦合噪音最小。模擬音頻信號必須盡可能靠近音頻放大器的輸入端,使輸入耦合噪聲最小。所有輸入引線對RF信號來說都是一根天線,縮短引線長度有助于降低相應頻段的天線輻射效應。
圖1給出的是一個不合理的音頻元件布局,其中比較嚴重的問題是音頻放大器離音頻信號輸入太遠,由于引線從嘈雜的數字電路和開關電路附近穿過,從而增加了噪音耦合的幾率。較長的引線也增強了RF天線效應。在GSM蜂窩電話中,采用的是GSM技術,這些天線能夠拾取GSM發(fā)射信號,并將其饋入音頻放大器。幾乎所有放大器都能一定程度上解調217Hz包絡,在輸出端產生噪音。糟糕時,噪音可能會將音頻信號完全淹沒掉,縮短輸入引線的長度能夠有效降低耦合到音頻放大器的噪聲。
圖1:不合理的元器件布局結果。
圖1所示元件布局還存在的另外一個問題是運放距離揚聲器和耳機插座太遠。如果音頻放大器采用的是D類放大器,較長的耳機引線會增大該放大器的EMI輻射。這種輻射有可能導致設備無法通過各地政府制定的測試標準。較長的耳機和麥克風引線還會增大引線阻抗,降低負載能夠獲取的功率。
最后,因為元件布置得如此分散,元件之間的連線將不得不穿過其它子系統(tǒng)。這不僅會增加音頻部分的布線難度,也增大了其它子系統(tǒng)的布線難度。
圖2給出了與圖1所示相同元件的另一種排列,重新排列的元件能夠更有效地利用空間,縮短引線長度。注意,所有音頻電路分配在耳機插孔和揚聲器附近,音頻輸入、輸出引線比上述方案短得多,PCB的其它區(qū)域沒有放置音頻電路。這樣的設計能夠全面降低系統(tǒng)噪音,減小RF干擾,并且布線簡單。
圖2:合理的元件布局結果圖。