RF devreleri, güç kaynağına karşı son derece hassastır; çekirdek, çalışma sinyallerinin büyüklüğü ile güç kaynağı gürültüsü arasındaki büyük kontrasttır ve gürültü, doğrudan RF taşıyıcısına kolayca modüle edilir; Güç gürültüsünün ortadan kaldırılması, cihaz seçimi, PCB düzeni ve mimari tasarım da dahil olmak üzere birçok boyutta eksiksiz bir izolasyon ve bastırma sisteminin oluşturulmasını gerektirir.
1. RF devrelerinin güç kaynağına duyarlı olmasının temel nedeni
Sinyal seviyesinin önemli bir kontrastı var
RF alıcı bağlantısının yararlı sinyali genellikle μ V seviyesi kadar düşükken, dijital devrelerin güç rayındaki anahtar arızaları ve dalgalanma gürültüsü, ikisi arasında 120dB'den fazla bir genlik farkıyla kolayca mV seviyesine ulaşabilir. Küçük güç gürültüsü, zayıf RF sinyallerini tamamen bastırmak için yeterlidir.
Güç Kaynağı Reddetme Oranı (PSRR) yüksek frekans arızası
Geleneksel güç yongalarının PSRR'si yalnızca düşük frekans aralığında iyi performans gösterir ve 10MHz'i aştıktan sonra zayıflama yeteneğinde hızlı bir düşüş olur. 2,4 GHz frekans bandında, sıradan LDO'ların çoğunun PSRR'si 20 dB'den azdır ve bu da yüksek frekanslı gürültüyü bastırmayı neredeyse imkansız hale getirir. Güç pinindeki 1 mV dalgalanma, RF çıkış terminalinde doğrudan 100 μ V seviyesinde dağınık sinyaller üretecektir.
RF taşıyıcısının gürültüyle doğrudan modülasyonu
Güç kaynağındaki geniş bant gürültüsü ve anahtar harmonikleri, güç kaynağı pinleri aracılığıyla RF yoluna doğrudan bağlanacak, taşıyıcı dalgayla karışacak ve faz gürültüsünü, EVM'yi (hata vektör genliği) ve alım hassasiyetini doğrudan bozacaktır. Güç kaynağı gürültüsü -50dBc'yi aştığında PA'nın EVM performansının %15'ten fazla düşeceği ölçülmüştür.
Parazitik parametre amplifikasyon girişimi
RF frekans bandında, 1 mm uzunluğunda topraklama kablosunun eşdeğer endüktansı yaklaşık 1nH'dir ve 10 mm topraklama kablosunun endüktansı 27 Ω'a ulaşabilir. Yerden sıçrama gürültüsü ve parazitik endüktans, güç kaynağı gürültüsünün girişim etkisini daha da artıracak ve RF devresinin beklenen çalışma noktasına zarar verecektir.
2. RF kartının güç gürültüsüne yönelik tam süreç eleme şeması
Güç çiplerinin katmanlı seçimi ve izolasyonu
Ön uç DC/DC'nin voltaj dönüşümü tamamlandıktan sonra, arka uç, VCO ve PLL gibi en hassas modüllere güç sağlamak için yüksek PSRR RF'ye ayrılmış bir LDO ile donatılmalıdır. LDO, ADP7158 ve TPS7A91 gibi modeller gibi 2,4 GHz frekans bandında 50 dB'den az olmayan bir PSRR gerektirir.
Anahtar kenarında oluşturulan geniş bant harmonikleri doğrudan yüzlerce MHz ila GHz frekans aralığını kapsayacağından ve filtrelenmesi zor gürültü kümeleri oluşturacağından RF küçük sinyal devrelerine DC/DC ile doğrudan güç sağlamak yasaktır.
Çok seviyeli dekuplaj kapasitörü hassas düzeni
"Büyük kapasiteli enerji depolama kapasitörü + orta kapasitans filtreleme kapasitör + yüksek frekanslı küçük kapasitör" kombinasyonu benimsenmiştir: güç girişine 10 μ F X7R kapasitör yerleştirilir ve 100 nF ve 10 pF yüksek frekanslı NPO/MLCC kapasitörler, DC'den onlarca GHz'e kadar gürültü bastırma frekans bantlarını kapsayan çip güç kaynağı pininin 1 mm yakınına sırayla monte edilir.
En kısa devre ilkesini sıkı bir şekilde takip edin: kapasitör topraklama pimi ile çip topraklaması arasındaki mesafe λ/20'den azdır (2,4 GHz'de yaklaşık 2,5 mm), kapasitörün yüksek frekanslı filtreleme etkisini dengelemek için uzun kablolar tarafından parazitik endüktansın uygulanmasından kaçınılır.
Manyetik boncukların/indüktörlerin hedeflenen bobini
Dijital güç kaynağının ve radyo frekansı alanına giren ana güç kaynağının dallanma yolunda, hedef gürültü frekansı noktasında yeterince yüksek empedansa ve 0,5 Ω'dan daha düşük DC direncine sahip manyetik boncuklar seçilir. Örneğin, 2,4 GHz senaryosunda, dijital alan ile radyo frekansı alanı arasında güç gürültüsü izolasyonunu sağlamak için 2,4 GHz empedansı 500 Ω'dan büyük veya ona eşit olan modeller seçilir.
Yüksek akım PA güç kaynağı yolunda, bobin olarak 3-5nH'lik yüksek frekanslı bir sargı indüktörü seçilir ve parazitik kapasitansı önlemek ve filtreleme etkisini azaltmak için çevresinde 1 mm'den fazla yasak bir dağıtım alanı ayrılır.
PCB İstifleme ve Güç Bölümü Tasarımı
Güç katmanı ile RF sinyal katmanı arasındaki parazitik bağlantıyı izole ederken, RF kablolaması için düşük empedans geri dönüşü sağlayan tam bir ikinci katman toprak düzlemiyle birlikte 4 katmanlı veya daha yüksek bir "sinyal katmanı tam yer düzlemi güç katmanı sinyal katmanı" yığınının kullanılması önerilir.
Yıldız şekilli bir güç kaynağı mimarisinin benimsenmesi: Ana güç kaynağı girişi eşit şekilde filtrelendikten sonra, bağımsız manyetik boncuk dalları aracılığıyla LNA, PA ve VCO'ya güç sağlar. Analog güç kaynağı, dijital güç kaynağı ve RF güç kaynağı tamamen ayrılmıştır ve parazitik kapasitans karışmasını önlemek için farklı güç kaynağı katmanlarının uzayda üst üste gelmesi yasaktır.
Test edilmiş kapalı döngü doğrulama optimizasyonu
Konumlandırma panosundaki gürültü sıcak noktalarını yakın alan sondasıyla tarayın ve RF çip güç pinlerinin gürültü spektrumunu doğrudan ölçmek için bir spektrum analizörü kullanın. Aşırı frekans noktaları için, hassas gürültü azaltımı elde etmek amacıyla karşılık gelen 1/4 dalga boyu yönlendirme konumlarına özel filtreleme kapasitörleri ekleyin.