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射頻集成電路的設(shè)計難點


  來源: NEPCON 時間:2016-08-17 作者:NEPCON
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 迅速發(fā)展的射頻集成電路為從事各類無線通信的工程技術(shù)人員提供了廣闊的前景。如果RF電路的地線處理不當,可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對于數(shù)字電路設(shè)計,即使沒有地線層,大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF頻段,即使一根很短的地線也會如電感器一樣作用。粗略地計算,每毫米長度的電感量約為lnH,433 MHz時10 to PCB線路的感抗約27Ω。如果不采用地線層,大多數(shù)地線將會較長,電路將無法具有設(shè)計的特性。由此可知RF電路設(shè)計上的困難。


RF電路設(shè)計的常見問題

1.數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾

如果模擬電路(射頻)和數(shù)字電路單獨工作,可能各自工作良好。但是,一旦將二者放在同一塊電路板上,使用同一個電源一起工作,整個系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。這主要是因為數(shù)字信號頻繁地在地和正電源(》3 V)之間擺動,而且周期特別短,常常是納秒級的。由于較大的振幅和較短的切換時間。使得這些數(shù)字信號包含大量且獨立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分,從無線調(diào)諧回路傳到無線設(shè)備接收部分的信號一般小于lμV。因此數(shù)字信號與射頻信號之間的差別會達到120 dB。顯然,如果不能使數(shù)字信號與射頻信號很好地分離。微弱的射頻信號可能遭到破壞,這樣一來,無線設(shè)備工作性能就會惡化,甚至完全不能工作。

2. 供電電源的噪聲干擾

射頻電路對于電源噪聲相當敏感,尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會在每個內(nèi)部時鐘周期內(nèi)短時間突然吸人大部分電流,這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOS工藝制造。因此,假設(shè)一個微控制器以lMHz的內(nèi)部時鐘頻率運行,它將以此頻率從電源提取電流。如果不采取合適的電源去耦,必將引起電源線上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達電路RF部分的電源引腳,嚴重時可能導致工作失效。

3. 天線對其他模擬電路部分的輻射干擾

PCB電路設(shè)計中,板上通常還有其他模擬電路。例如,許多電路上都有模,數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)或數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)。射頻發(fā)送器的天線發(fā)出的高頻信號可能會到達ADC的模擬輸入端。因為任何電路線路都可能如天線一樣發(fā)出或接收RF信號。如果ADC輸入端的處理不合理,RF信號可能在ADC輸入的 ESD二極管內(nèi)自激。從而引起ADC偏差。


RF電路設(shè)計原則及方案

1.RF布局概念

在設(shè)計RF布局時,必須優(yōu)先滿足以下幾個總原則:

盡可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開來,簡單地說,就是讓高功率RF發(fā)射電路遠離低功率RF接收電路:

確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地,最好上面沒有過孔,當然,銅箔面積越大越好;

電路和電源去耦同樣也極為重要;

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