RF-piirit ovat erittäin herkkiä tehonsyötölle, ja ydin on valtava kontrasti niiden toimintasignaalien suuruuden ja virtalähteen kohinan välillä, ja kohina on helppo moduloida suoraan RF-kantoaaltoon; Tehokohinan poistaminen edellyttää täydellisen eristys- ja vaimennusjärjestelmän muodostamista useista ulottuvuuksista, mukaan lukien laitteen valinta, piirilevyasettelu ja arkkitehtuurisuunnittelu.
1. Ydinsyy siihen, miksi RF-piirit ovat herkkiä virtalähteelle
Signaalitasolla on huomattava kontrasti
RF-vastaanottolinkin hyödyllinen signaali on yleensä niinkin alhainen kuin μV-taso, kun taas digitaalisten piirien tehokiskon kytkinhäiriöt ja aaltoilukohina voivat helposti saavuttaa mV-tason, joiden amplitudiero on yli 120 dB. Pieni tehokohina riittää peittämään heikot RF-signaalit kokonaan.
Power Supply Rejection Ratio (PSRR) -korkeataajuusvika
Perinteisten tehosirujen PSRR toimii hyvin vain matalilla taajuuksilla, ja vaimennuskyky laskee nopeasti 10 MHz ylityksen jälkeen. 2,4 GHz:n taajuusalueella useimpien tavallisten LDO-laitteiden PSRR on alle 20 dB, mikä tekee korkeiden taajuuksien kohinan vaimentamisen lähes mahdottomaksi. Virtanastan 1 mV:n aaltoilu tuottaa suoraan 100 μV:n tasoisia hajasignaaleja RF-lähtöliittimeen.
RF-kantoaallon suora modulointi kohinalla
Laajakaistan kohina ja virtalähteen kytkimien harmoniset kytkeytyvät suoraan RF-polkuun virtalähteen nastojen kautta, sekoittuvat kantoaallon kanssa ja heikentävät suoraan vaihekohinaa, EVM:ää (virhevektorin amplitudia) ja vastaanottoherkkyyttä. On mitattu, että kun virtalähteen kohina ylittää -50dBc, PA:n EVM-suorituskyky heikkenee yli 15 %.
Parasiittiset parametrien vahvistushäiriöt
RF-taajuuskaistalla 1 mm pitkän maadoitusjohdon vastaava induktanssi on noin 1 nH ja 10 mm:n maadoitusjohdon induktanssi voi olla 27 Ω. Maadoituskohina ja loisinduktanssi vahvistavat entisestään teholähteen kohinan häiriövaikutusta ja vahingoittavat RF-piirin odotettua toimintapistettä.
2. Täysi prosessin eliminointijärjestelmä RF-levyn tehomelulle
Virtasirujen kerrosvalinta ja eristys
Kun etupään DC/DC:n jännitemuunnos on valmis, taustapää on varustettava korkean PSRR:n RF-dedikoidulla LDO:lla virran syöttämiseksi herkimmille moduuleille, kuten VCO ja PLL. LDO vaatii vähintään 50 dB:n PSRR:n 2,4 GHz:n taajuusalueella, kuten mallit, kuten ADP7158 ja TPS7A91.
Tehon syöttäminen RF-piensignaalipiireihin DC/DC:llä on kiellettyä, sillä kytkimen reunalla syntyvät laajakaistaiset harmoniset kattaa suoraan satojen MHz - GHz taajuusalueen muodostaen vaikeasti suodatettavia kohinaklustereita.
Monitasoinen erotuskondensaattorin tarkka layout
Yhdistelmä "suuren kapasiteetin energian varastointikondensaattori + keskikapasitanssin suodatuskondensaattori + korkeataajuinen pieni kondensaattori" on otettu käyttöön: 10 μF X7R -kondensaattori sijoitetaan virrantuloon ja 100 nF ja 10 pF korkeataajuiset NPO/MLCC-kondensaattorit, jotka peittävät virransyötön piirin1mm kondensaattorit. kohinanvaimennustaajuuskaistoja tasavirrasta kymmeniin GHz:eihin.
Noudata tiukasti lyhimmän piirin periaatetta: kondensaattorin maadoitusnastan ja sirun maan välinen etäisyys on alle λ/20 (noin 2,5 mm 2,4 GHz:llä), jolloin vältetään loisinduktanssin aiheuttaminen pitkillä johtoilla kondensaattorin korkeataajuisen suodatusvaikutuksen kompensoimiseksi.
Magneettihelmien/induktorien kohdennettu kuristin
Radiotaajuusalueeseen tulevan digitaalisen teholähteen ja päävirtalähteen haarapolulle valitaan magneettiset helmet, joilla on riittävän korkea impedanssi kohdekohinataajuuspisteessä ja DC-resistanssi alle 0,5 Ω. Esimerkiksi 2,4 GHz:n skenaariossa mallit, joiden impedanssi 2,4 GHz on suurempi tai yhtä suuri kuin 500 Ω valitaan tehokohinaeristyksen saavuttamiseksi digitaalisen alueen ja radiotaajuusalueen välillä.
Suuren virran PA-syötön polulla kuristimeksi valitaan korkeataajuinen 3-5nH käämikela, jonka ympärille varataan yli 1 mm:n kielletty jakelualue loiskapasitanssin välttämiseksi ja suodatusvaikutuksen vähentämiseksi.
Piirilevyjen pinoaminen ja tehoosion suunnittelu
On suositeltavaa käyttää 4-kerroksista tai korkeampaa pinoa "signaalikerroksen koko maatason tehokerroksen signaalikerrosta", jossa on täydellinen toisen kerroksen maataso, joka tarjoaa alhaisen impedanssin palautuksen RF-johdotukselle ja samalla eristää tehokerroksen ja RF-signaalikerroksen välisen loiskytkennän.
Tähtimuotoisen virtalähdearkkitehtuurin ottaminen käyttöön: Kun päävirtalähteen tuloaukko on suodatettu tasaisesti, se syöttää virtaa LNA:lle, PA:lle ja VCO:lle itsenäisten magneettisten helmihaarojen kautta. Analoginen virtalähde, digitaalinen virtalähde ja RF-virtalähde on täysin erotettu toisistaan, ja eri virtalähdekerrokset ovat kiellettyjä päällekkäin avaruudessa loiskapasitanssin ylikuulumisen välttämiseksi.
Testattu suljetun silmukan vahvistuksen optimointi
Skannaa paikannuslevyn kohinapisteet lähikenttäanturilla ja mittaa suoraan RF-sirun tehonastojen kohinaspektri spektrianalysaattorilla. Liian suuria taajuuksia varten lisää omat suodatuskondensaattorit vastaaviin 1/4 aallonpituuden reitityskohtiin tarkan kohinan vähentämisen saavuttamiseksi.