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13個(gè)關(guān)于射頻電路的電源設計要點(diǎn)

更新時(shí)間:2021-04-08 11:21:54點(diǎn)擊次數:2808次

(1)電源線(xiàn)是EMI 出入電路的重要途徑。通過(guò)電源線(xiàn),外界的干擾可以傳入內部電路,影響RF電路指標。為了減少電磁輻射和耦合,要求DC-DC模塊的一次側、二次側、負載側環(huán)路面積最小。電源電路不管形式有多復雜,其大電流環(huán)路都要盡可能小。電源線(xiàn)和地線(xiàn)總是要很近放置。


(2)如果電路中使用了開(kāi)關(guān)電源,開(kāi)關(guān)電源的外圍器件布局要符合各功率回流路徑最短的原則。濾波電容要靠近開(kāi)關(guān)電源相關(guān)引腳。 使用共模電感,靠近開(kāi)關(guān)電源模塊。


(3)單板上長(cháng)距離的電源線(xiàn)不能同時(shí)接近或穿過(guò)級聯(lián)放大器(增益大于45dB)的輸出和輸入端附近。避免電源線(xiàn)成為RF信號傳輸途徑,可能引起自激或降低扇區隔離度。長(cháng)距離電源線(xiàn)的兩端都需要加上高頻濾波電容,甚至中間也加高頻濾波電容。


(4)RF PCB的電源入口處組合并聯(lián)三個(gè)濾波電容,利用這三種電容的各自?xún)?yōu)點(diǎn)分別濾除電源線(xiàn)上的低、中、高頻。例如:10uf,0.1uf,100pf。并且按照從大到小的順序依次靠近電源的輸入管腳。


(5)用同一組電源給小信號級聯(lián)放大器饋電,應當先從末級開(kāi)始,依次向前級供電,使末級電路產(chǎn)生的EMI 對前級的影響較小。且每一級的電源濾波至少有兩個(gè)電容:0.1uf,100pf。 當信號頻率高于1GHz時(shí),要增加10pf濾波電容。


(6)常用到小功率電子濾波器,濾波電容要靠近三極管管腳,高頻濾波電容更靠近管腳。三極管選用截止頻率較低的。如果電子濾波器中的三極管是高頻管,工作在放大區,外圍器件布局又不合理,在電源輸出端很容易產(chǎn)生高頻振蕩。線(xiàn)性穩壓模塊也可能存在同樣的問(wèn)題,原因是芯片內存在反饋回路,且內部三極管工作在放大區。在布局時(shí)要求高頻濾波電容靠近管腳,減小分布電感,破壞振蕩條件。


(7)PCB的POWER部分的銅箔尺寸符合其流過(guò)的最大電流,并考慮余量(一般參考為1A/mm線(xiàn)寬)。


(8)電源線(xiàn)的輸入輸出不能交叉。


(9)注意電源退耦、濾波,防止不同單元通過(guò)電源線(xiàn)產(chǎn)生干擾,電源布線(xiàn)時(shí)電源線(xiàn)之間應相互隔離。電源線(xiàn)與其它強干擾線(xiàn)(如CLK)用地線(xiàn)隔離。


(10)小信號放大器的電源布線(xiàn)需要地銅皮及接地過(guò)孔隔離,避免其它EMI干擾竄入,進(jìn)而惡化本級信號質(zhì)量。


(11)不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾,特別是一些電壓相差很大的電源之間,電源平面的重疊問(wèn)題一定要設法避免,難以避免時(shí)可考慮中間隔地層。


(12)PCB板層分配便于簡(jiǎn)化后續的布線(xiàn)處理,對于一個(gè)四層PCB板(WLAN中常用的電路板),在大多數應用中用電路板的頂層放置元器件和RF引線(xiàn),第二層作為系統地,電源部分放置在第三層,任何信號線(xiàn)都可以分布在第四層。


第二層采用連續的地平面布局對于建立阻抗受控的RF信號通路非常必要,它還便于獲得盡可能短的地環(huán)路,為第一層和第三層提供高度的電氣隔離,使得兩層之間的耦合最小。當然,也可以采用其它板層定義的方式(特別是在電路板具有不同的層數時(shí)),但上述結構是經(jīng)過(guò)驗證的一個(gè)成功范例。



(13)大面積的電源層能夠使Vcc布線(xiàn)變得輕松,但是,這種結構常常是引發(fā)系統性能惡化的導火索,在一個(gè)較大平面上把所有電源引線(xiàn)接在一起將無(wú)法避免引腳之間的噪聲傳輸。反之,如果使用星型拓撲則會(huì )減輕不同電源引腳之間的耦合。



上圖給出了星型連接的Vcc布線(xiàn)方案,該圖取自MAX2826 IEEE 802.11a/g收發(fā)器的評估板。圖中建立了一個(gè)主Vcc節點(diǎn),從該點(diǎn)引出不同分支的電源線(xiàn),為RF IC的電源引腳供電。每個(gè)電源引腳使用獨立的引線(xiàn)在引腳之間提供了空間上的隔離,有利于減小它們之間的耦合。另外,每條引線(xiàn)還具有一定的寄生電感,這恰好是我們所希望的,它有助于濾除電源線(xiàn)上的高頻噪聲。


使用星型拓撲Vcc引線(xiàn)時(shí),還有必要采取適當的電源去耦,而去耦電容存在一定的寄生電感。事實(shí)上,電容等效為一個(gè)串聯(lián)的RLC電路,電容在低頻段起主導作用,但在自激振蕩頻率(SRF):



之后,電容的阻抗將呈現出電感性。由此可見(jiàn),電容器只是在頻率接近或低于其SRF時(shí)才具有去耦作用,在這些頻點(diǎn)電容表現為低阻。



給出了不同容值下的典型S11參數,從這些曲線(xiàn)可以清楚地看到SRF,還可以看出電容越大,在較低頻率處所提供的去耦性能越好(所呈現的阻抗越低)。


在Vcc星型拓撲的主節點(diǎn)處最好放置一個(gè)大容量的電容器,如2.2μF。該電容具有較低的SRF,對于消除低頻噪聲、建立穩定的直流電壓很有效。IC的每個(gè)電源引腳需要一個(gè)低容量的電容器(如10nF),用來(lái)濾除可能耦合到電源線(xiàn)上的高頻噪聲。對于那些為噪聲敏感電路供電的電源引腳,可能需要外接兩個(gè)旁路電容。例如:用一個(gè)10pF電容與一個(gè)10nF電容并聯(lián)提供旁路,可以提供更寬頻率范圍的去耦,盡量消除噪聲對電源電壓的影響。每個(gè)電源引腳都需要認真檢驗,以確定需要多大的去耦電容以及實(shí)際電路在哪些頻點(diǎn)容易受到噪聲的干擾。


良好的電源去耦技術(shù)與嚴謹的PCB布局、Vcc引線(xiàn)(星型拓撲)相結合,能夠為任何RF系統設計奠定穩固的基礎。盡管實(shí)際設計中還會(huì )存在降低系統性能指標的其它因素,但是,擁有一個(gè)“無(wú)噪聲”的電源是優(yōu)化系統性能的基本要素。

聯(lián)系電話(huà):0755-82815425

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