最新结构设计规范射频模块结构设计流程Word文档下载推荐.docx

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吴卫华

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甘洪文

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余勋林

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11　模块总体设计原则

1.1模块总体设计原则之TOP-DOWN设计

⏹总纲领：

自顶向下的设计原则，是整机布局设计的后续任务；

⏹现在做了哪些：

列出设计原则，设计要点；

⏹哪些还不完善：

范例还不完善，技术还在发展；

⏹后期怎么去做：

完善范例，追踪技术发展方向。

1.1.1在整机设计中考虑模块体量

⏹长度和宽度由整机布局给出参考尺寸；

⏹厚度由PCB堆叠的层数确定，堆叠的PCB间如果有电源，信号或射频的硬连接，此两PCB的板间距离由连接器的高度确定，合理选择较高器件的封装形式；

⏹模块长度、宽度、以及安装孔的距离尺寸取到模数尺寸，优选为0或5结尾，次选为3和8结尾；

⏹模块的安装厚度（既安装孔处的厚度）按照虹信公司紧固件规范选用。

1.1.2在整机设计中考虑接口方式

⏹电源的接口方式，有直接的插座引出，有和监控合并后的多PIN座转接或盲插；

⏹监控的接口方式，有直接的DB9座引出，有和电源合并后的多PIN座转接或盲插；

⏹射频的接口方式，方向上分有垂直向上和水平方向，按与外部电缆连接分有螺口和卡口，常用规格有SMA和SMB和N型，根据整机布局，整机的射频指标、频率和功率等合理选取；

⏹其他接口方式，可以参考上述3点，合理选取。

1.1.3在整机设计中考虑安装方式

⏹模块的四个对角应有安装孔，大功率射频模块靠近放大管的部位需根据情况加一安装孔；

⏹若模块安装在中蓝顶（或类似侧壁安装的情况），模块的安装孔平面不可相对模块顶部下沉；

⏹规定M3，M4用在哪些地方（根据功率大小）；

⏹固定PCB用的M2、M2.5如何选用，材质确定（蓝白锌和不锈钢）。

1.1.4在整机设计中考虑模块的外部散热条件

⏹由于整机的体积功率密度的限制，以及模块排列的日益紧凑化，应有整机散热方案；

⏹射频模块由于布板和结构限制，从热源到热沉的传热通道存在哪些瓶颈；

⏹分配到模块的结壳热阻会影响到模块的尺寸和PCB布局方式；

⏹目前公司可行的方法是热测试和软件模拟，基本满足设计要求。

1.1.5在整机设计中考虑模块运动检查

⏹模块安装操作空间，插座接头操作安装空间；

⏹模块的外部接口需要连接其他单板和模块；

有一直线方向的运动距离；

⏹射频电缆接头是否为直头或弯头或受指标限制必须为直头等因素决定接头的类型；

⏹供电和监控是带导向的盲插还是软跳线决定插头型号和方向，在《模块结构设计输入文件表》中说明，见附件。

1.1.6输出格式：

可以是2D的工程图，含必要的投影视图；

也可以是PROE的prt

示例1：

单板的毛坯图

示例2：

模块整体的外形图

1.2模块总体设计原则之标准化图例

1.2.1模块典型结构

⏹堆叠结构（依据堆叠设计原理，堆叠厚度确定，每层定高，凹凸利用）；

⏹双面腔结构；

⏹无盖板裸单板结构（局部屏蔽罩）:

屏蔽罩的系列化，标准化（结合典型电路）；

⏹单面腔+压条结构（考虑禁用）；

⏹各典型结构优缺点，适用范围见表1。

表1

模块结构

优点

缺点

适用范围

备注

堆叠结构

是研发，调测维护综合最优的结构

PCB层数会高于其他结构

适用各类模块

双面腔结构

是设计低热耗模块的较优方法

散热不好

微功率模块,光模块

无盖板裸单板结构

是最科学的布板方法

EMC处理需较高水平

基带单板，数字电路单板

单面腔+压条结构

设计难度较低

结构复杂，结构件成本最高

射频模块

1.2.2模块之典型电路

射频，数字，电源，监控的典型电路面积，板的层数，散热的要求，屏蔽的要求；

（结构人员提供表格要求模块开发人员填写）

对于无经验的模块，在预研时可以仿板，抄板，总结经验教训后给出典型电路，面积，屏蔽腔方案。

1.2.3模块常用器件，接插件CAD封装图

依据电子元器件优选库，建立结构关键器件（接口类，超高类，发热大类等等）封装库（画出第一脚，外形要准确），以及PROE的PRT（附电子档）。

1.2.4设计间隙的留放原则

射频接头离结构件间隙的考虑（EMC，结构加工精度）；

收集后出表格CHECKLIST规定；

PCB外围轮廓相对盒体边缘的负公差值（防磕碰时PCB直接受力），PCB镀锡宽度相对压条宽度的正公差（良好电连接）。

1.3模块总体设计原则之堆叠设计：

1.3.1堆叠层数

根据模块开发的并行化设计原理，根据射频，数字，选频，监控等不同部分，合理分层，有利于专业分工开发，提高开发质量和效率。

基本配置布在最底层板，选配的布在上层板，有利于结构件成本的最优化。

1.3.2每层厚度

每层厚度主要取决于PCB底部最高器件，PCB顶部最高器件，以及板间连接器高度3个因数。

部分封装高度较高的器件要给出低封装高度的备选方案（可能成本会上升），当它成为高度瓶颈时要综合取舍。

1.3.3凹凸原则

两层相邻的PCB，上层PCB背面和下层PCB顶面，较高的器件错位摆放。

可选择高度较低的板间连接器，同时减少模块厚度和结构件成本。

1.3.4层间连接

避免或减少装卸PCB需要动烙铁的情况。

模块装配调测工艺的考虑：

较少紧固件，合理的EMC屏蔽，便于用简易工装夹具调测。

1.3.5屏蔽腔选取

射频、数字及电源之间相互隔离屏蔽良好。

1.3.6模块长宽高精确尺寸确定（系列化的安装尺寸,标准化的安装高度）

长度和宽度在整机布局中根据要求精确给出；

高度根据层数，层间距离以及层间连接大致确定，然后根据虹信紧固件规范把模块高度或模块安装高度合理调整到符合规范数值。

1.3.7层间散热的传导通道

⏹堆叠各层间按从底层到顶层间热耗应遵循逐层递减规律确定；

⏹一般底层PCB上的屏蔽不推荐采用导电胶形式，用压条面和PCB上的镀锡或镀金面直接接触，保证上层的热可以有一条低热阻通道导到下层；

⏹PCB上的镀锡或镀金面要均布有金属化过孔，一是良好电连接，二是良好的散热通道可以把热从PCB正面导到背面的大面积接地覆铜层。

1.3.8最小壁厚和最小间隙的检查

摆放较高元件时，难免要掏槽避让，最薄壁厚不要低于1mm，最小间隙不要小于0.5mm。

1.3.9模块散热的基本原则

⏹查器件DATASheet，列出发热器件的封装，热阻和允许结温；

（设计输入明确）

⏹放在整机中散热仿真拿到放大管结温，PCB平均温度，和PCB上其他热敏感器件结温数据；

⏹散热和隔热结合。

1.3.10PCB背面器件高度确定

PCB波峰焊，背面器件高度不许高于。

注：

1.1和1.3条是一个交互的过程，如果堆叠设计后的模块体量超标，要返回到TOP-DOWN设计，修改整体方案或模块间的体量调整。

12　模块机电交互设计原则

2.1模块机电交互设计原则之毛坯图设计（关键）

2.1.1统一规定的PCB布板设计要点

⏹外观、尺寸、孔径、限高、禁布区域、热过孔、过孔、热敏电阻探头位置、压条镀锡的宽度、内外R角、供电接口、监控接口、射频接口、PCB间射频连接、监控连接、供电连接等方式、背部器件高度的极限规定等；

⏹TOP和BOTTOM规定：

一个是相对PCB而言，一个是相对在模块中的可视方向而言，如果两者一致，可不做特别说明，如果相异，一定要加以说明。

2.1.2毛坯图的规范格式

毛坯图的参照基点；

以及所有关键尺寸圆整到0.1。

2.1.3ESD原理及ESD应对方案

ESD原理是电子往低电压跑，即往地线上跑，不要让电子经过数据线走到地上，而是让电子直接走到地上即可。

ESD应对方案：

1.封堵缝隙；

2.本体接地（无功能pin）；

3.前段截电（有功能pin）。

前提是电子在布板的时候一定要多铺地，尤其是绕板边一圈和接插件的四周。

2.1.4EMC下螺钉间距（考虑结构件刚性）的合理选取

⏹屏蔽压条考虑用弹性导电体减少螺钉数量；

⏹不同频率和屏蔽等级下的间距选取请参见虹信EMC设计规范；

⏹螺钉间距不大于信号最高频率的1/4波长（主要指射频）。

2.2模块机电交互设计原则之PCB输出

⏹需要PCB的顶和底两层数据信息；

⏹需要各类过孔的数据信息；

⏹导出格式为DXF格式；

⏹无法在PCB上看到的器件封装需特别说明；

⏹关键器件的热特性。

13　模块结构设计原则之零件建模

3.1PCB建模步骤方法

3.1.1层的简化

提炼PCB顶和低层的毛坯图，简化图元，通过颜色区分，建PCB的标准PROE模型作为原始结构设计输入文件。

3.2装配模式设计

⏹要求所有零件的特征基于PCB的导入DXF文档；

⏹模块改版后导入新的DXF文档，对比修改相关特征图元的约束关系。

3.3底板设计

3.3.1底部需涂硅胶模块撬位的设计方法

螺钉孔打在模块上，底部撬位在整机布局设计上考虑。

3.3.2底部沉头螺钉沉头孔的尺寸

底部沉头螺钉沉头孔的尺寸见表2。

表2单位：

mm

3.3.3.放大管处的加工要求，底板厚度

⏹放大管处为减小接触热阻，一般要求粗糙度0.8，底板1.6，接合面1.6，未注3.2；

⏹对应的底板厚度不宜太低（不低于4mm），以免过高的扩散热阻；

⏹紧固的螺孔要取到可取的上限，保证最大的固定扭矩（按器件DATASHEET推荐选用）。

3.4中间结构层设计

⏹下层PCB的屏蔽腔和上层PCB的安装面；

⏹板间连接会在此结构层上形成很多通孔；

⏹厚度由板间连接和高的器件确定。

3.5上盖设计

⏹上盖的屏蔽腔优选导电胶；

⏹上盖的外表面为标识丝印层。

14　模块结构设计原则

4.1模块表面处理

⏹导电氧化的颜色为本色；

⏹喷砂和拉丝不推荐使用；

⏹表面电阻的要求见HX/QI/03×

×

表面处理规范。

4.2丝印及激光蚀刻的适用范围

详见HX/QI/03×

标识规范。

4.3一些关键面粗糙度要求

⏹射频连接器和PCB安装面垂直度不大于0.5°

；

⏹模块底面的平行度和平面度要求不大于0.2；

⏹放大管底部粗糙度不大于0.8；

15　模块加工、包装

5.1模块加工

5.1.1底板一般考虑材料缺陷、EMC、导热，侧重点考虑CNC加工的工艺性。

5.1.2堆叠结构盖板考虑压铸生产趋势（增加脱模斜度，底部内圆角加大，肉厚均匀过度等）。

边缘一侧螺孔不要边宽逢中，要靠内侧一些，避免增加脱模斜度后肉太薄，决定本层厚度极限的高器件不要离侧壁太近。

5.1.3螺钉一般用M2和M2.5，用M2.5螺钉对模块材质的要求相应提高。

5.1.4一些单向可以放宽的变形，比如模块底部的平面度，规定0.2，如果中部向上拱起不允许，向下可将尺度放宽。

5.2模块包装

5.2.1绝大多数的导电材料对硫敏感，纸中一般含硫，有导电胶的上盖内包装不可用纸包装。

5.2.2PCB地面要求良好的接地性能，对应的盒体面贴膜防划伤、灰尘等等。

5.2.3丝印面贴膜防划伤。

其他要求详见物料包装规范。

16　附件