现在的所有努力,都只为靠近你,因为你就是我的50欧姆点 这是一句射频情话,你懂这句情话背后的深意吗? 今天,就过来为你详细揭秘。 一、 阻抗匹配电路的作用
阻抗控制在硬件设计中是一个比较重要的环节,IC厂商针对其应用一般会向终端产商提供PCB板材质、PCB叠层、PCB板厚等一些相关参考设计建议(这些都是跟PCB阻抗控制设计息息相关的),终端厂商在拿到这些资料后,会结合实际情况据此进行本地化的设计调整,然后将相关设计资料及要求提供给PCB的生产厂家进行PCB生产。 针对不同信号系统有不同的特征阻抗值,比如75ohm、100ohm、90ohm、50ohm等,而对频率较高的RF信号来讲,最常见的是50ohm的阻抗控制。 在实际的PCB设计中,RF传输线通常都会采用微带线和带状线的走线方式, 且需要选取参考层来进行阻抗控制。考虑到芯片的RF特性、实际PCB生产工艺、及元器件用料的因素,除了需进行PCB RF传输线的阻抗控制外,在硬件设计上通常还需添加一些匹配网络电路用作RF的调试,一般说来,其作用大概为以下几种: 1、谐振频率以及带宽的调整 2、功率、EVM、ACLR、PA电流、传导杂散和辐射杂散等指标的调试等 图1 某IC厂商建议的4-layer层叠方式 二、 阻抗匹配的理想模型射频工程师大都遇到过匹配阻抗的问题,通俗的讲,阻抗匹配的目的是确保能实现信号或能量从“信号源”到“负载”的有效传送,其最最理想模型当然是希望Source端的输出阻抗为50欧姆,传输线的阻抗为50欧姆,Load端的输入阻抗也是50欧姆,一路50欧姆下去,这是最理想的。 图2 理想阻抗传输 然而实际情况是:源端阻抗不会是50ohm,负载端阻抗也不会是50ohm,这个时候就需要若干个阻抗匹配电路,而匹配电路就是由电感和电容所构成,这个时候我们就需要使用电容和电感来进行阻抗匹配电路调试,以达到RF性能最优。 三、 电感电容的高频特性要用电感电容解决高频的性能问题,那我们就需要先了解下电容和电感这些器件在高频的特性。 翻一翻以前的物理课本,对电容器,是用平板表面积与平板间距的比值来定义其容量 (A代表平板表面积,d代表平板间距,理想情况下在平板间没有电流流动) 但在高频信号通过时,电容器平板间的实际电介质存在损耗(也就是板间有传导电流流动),所以,电容器的阻抗需要表示成电导和电纳的并联组合
图3 高频电容等效电路 而对电感而言,在射频电路中经常使用的电感为线圈结构,其线圈是用导线在圆柱体上绕制而成,线圈除了具有与频率无关的电阻之外,它还存在一个“电感”,而临近的绕圈间存在着分离的移动电荷,所以它还存在一个寄生旁路“电容”。 图4 高频电感等效电路 在高频时,电容器中的电介质产生了损耗,所以电容器在谐振点前,呈现的阻抗特性与频率成反比;而对电感器而言,当频率接近谐振点时,高频电感的阻抗迅速提高,当频率继续提高时,寄生电容C的影响成为主要的,线圈阻抗逐渐降低。 所以,一个实际电感或者电容并不能简单用电感量或电容量来衡量,而应该将其当成寄生旁路电容C、串联电阻R、寄生电感L的综合效应,这个时候通过一个等效网络去模拟要更为合理,当然,具体使用时,有时还需考虑集总参数和分布参数电路模型。 图5 高频电容阻抗频率曲线
图6 高频电感阻抗频率曲线
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