射頻電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一個(gè)射頻電路從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)是經(jīng)過什么步驟？

從頂層設(shè)計(jì)來講，首先是射頻方案的選擇。

射頻框架

射頻方案設(shè)計(jì)來設(shè)計(jì)去，就那三種設(shè)計(jì)方案，超外差，零中頻，低中頻。

超外差

超外差方案實(shí)現(xiàn)了頻譜搬移，所以可以通過頻譜搬移、中頻濾波器把很多干擾頻率濾除，而且相對(duì)而言超外差方案如果不考慮對(duì)別人的發(fā)射影響，超外差方案只在接收的抗干擾上有優(yōu)勢(shì)。

零中頻

零中頻架構(gòu)，將射頻直接變成基帶信號(hào)。所以零中頻在尺寸、功耗上都很有優(yōu)勢(shì)。這也是方案時(shí)選擇這個(gè)方案最重要的考慮。

因?yàn)榱阒蓄l是正交變換，所以硬件的不一致，會(huì)導(dǎo)致零中頻方案出現(xiàn)因?yàn)椴罘终徊黄胶鈳淼念l譜拓展。

低中頻方案，為了規(guī)避零中頻存在的問題，在ADC之前做了一次變頻處理。因?yàn)槭窃?a target="_blank">FPGA做處理，所以相對(duì)超外差方案比，尺寸和功耗有優(yōu)勢(shì)。

方案選擇的原則就是側(cè)重什么就選擇相應(yīng)的方案

側(cè)重射頻指標(biāo)的一般用超外差，因?yàn)橹蓄l濾波器的存在，可以比較容易的實(shí)現(xiàn)高指標(biāo)。

側(cè)重尺寸和功耗的，一般選擇零中頻方案。

低中頻的方案主打的也是功耗和尺寸，對(duì)于一些實(shí)時(shí)更新的收發(fā)設(shè)計(jì)，零中頻設(shè)計(jì)在直流和偏差會(huì)存在差異，一般采用低中頻方案來規(guī)避。

落實(shí)到器件選擇

器件的選擇主要是鎖相環(huán)、放大器、混頻器和外圍電路。

鎖相環(huán)

鎖相環(huán)的選型關(guān)系到發(fā)射和接收鏈路的關(guān)鍵指標(biāo)，鎖相環(huán)也是雜散的關(guān)鍵來源之一。所以鎖相環(huán)的選擇至關(guān)重要。

在功耗設(shè)計(jì)允許的條件下，相位噪聲越高越好。

放大器

之前的文章我們講過，收發(fā)電路的設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)整個(gè)收發(fā)系統(tǒng)的線性，整個(gè)收發(fā)電路中用的最多的也是放大器

LNA決定接收系統(tǒng)的NF和IIP3。

PA決定了發(fā)射系統(tǒng)的EVM。

放大器的選型原則是線性越高越好，效率越高越好。

混頻器

混頻器作為頻率變化的節(jié)點(diǎn)，它也是指標(biāo)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

很多人對(duì)指標(biāo)的前后分配不知如何設(shè)計(jì)，

現(xiàn)有的混頻器的p-1基本上都在10左右，混頻器也是超外差方案相位噪聲的卡點(diǎn)處。

所以混頻器作為中間節(jié)點(diǎn)，就成為了指標(biāo)分配的節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)混頻器的p-1和頻率源的相位噪聲，就可以設(shè)計(jì)混頻前后的增益，動(dòng)態(tài)范圍，濾波器，寬帶噪聲等指標(biāo)的設(shè)計(jì)分配。

外圍電路

外圍電路包括檢波，ADC\DAC，運(yùn)放，溫度檢測(cè)、電源等設(shè)計(jì)。

檢波器的選擇注意需要根據(jù)波形和切換時(shí)間選擇到底是峰值還是RMS檢波器。

外圍電路的選擇和設(shè)計(jì)主要是為了完成主要電路服務(wù)，在設(shè)計(jì)上按照需求選擇合適的電路。

這里主要說一下電源

上面說到鎖相環(huán)是雜散的關(guān)鍵來源之一。

還有一個(gè)雜散的關(guān)鍵來源就是電源，電路中因?yàn)镻-1和器件的應(yīng)用問題，所需要的電壓也不同，為了提升整個(gè)設(shè)計(jì)的效率，通常會(huì)使用DC-DC。

而在DCDC的使用過程中，就可能會(huì)出現(xiàn)開關(guān)頻率和cross頻率，這兩種頻率會(huì)調(diào)制到鎖相環(huán)和放大器上，形成雜散輸出。

所以在DC設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意DC的PSRR。一般來說雜散要求60dB，PSRR的要求就需要高于雜散的設(shè)計(jì)要求。

仿真、原理圖設(shè)計(jì)

關(guān)鍵器件選擇完畢，就需要設(shè)計(jì)原理圖了，原理圖的設(shè)計(jì)原則是能用簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)就用簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，能用熟悉器件就用熟悉的器件。

仿真就不用說了，都是射頻工程師的拿手好戲。

PCB設(shè)計(jì)

PCB的設(shè)計(jì)原則是敏感器件離電源越遠(yuǎn)越好，注意關(guān)鍵走線的阻抗和隔離。另外要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，很多設(shè)計(jì)都說要數(shù)字地和模擬地隔離，對(duì)于射頻PCB布局來說，最好一塊地，隔離地可能會(huì)出現(xiàn)不想要的東西。

調(diào)試查問題

調(diào)試不怕出現(xiàn)問題，最怕的是出現(xiàn)問題卻分析不出問題。

出現(xiàn)問題具體分析，最多的問題就是匹配，隔離等。

問題一般來說都沒有想象的復(fù)雜，找到了之后可能就是一個(gè)走線，一個(gè)電感，甚至一個(gè)過孔。

寫在最后

我們是工程師，不是做理論的，工程問題是基于可靠的理論實(shí)踐，所以不會(huì)出現(xiàn)無法解釋的問題。追本溯源，往往會(huì)射頻設(shè)計(jì)其實(shí)沒那么難。

　　審核編輯：湯梓紅