射频电路设计技巧及其电磁相容性

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1、第1课射频电路和数字电路设计上的差异1.射频电路和数字电路在通信系统中的差异o阻抗o电流o位置o主要参数o主要功能2.信号源到负载的电压传输o电压传输的一般公式o数字电路中额外的失真和抖动3.信号源到负载的功率传输o功率传输的一般公式o功率不稳定性o额外功率损失o额外失真o额外干扰4.阻抗共轭匹配o最大功率传输o无相移的功率传输o阻抗匹配网络5.阻抗匹配的重要意义o功率测量o通过阻抗匹配上拉电压o晶体管击穿ProblemsLecture21RichardLi,20111.数字电路和RF电路在通信系统中的差异o阻抗o电流o位置o主要参数o主要功能o情

2、形1低速数字电路Table1RF电路与低速数字电路的差异whereR=数据速率,fRF=RF频率（MHz到GHz）ItemRF电路数字电路ImpedanceLow(50Ωtypically)HighCurrentHigh(mA)Low(μA)在无线通信系统中的位置RxFrontend(解调器之前)Backend(解调器之后)TxBackend(调制器之后)Frontend(调制器之前)TransportationtypePower(Watt)Status(Voltageorcurrent)ImpedancematchingImportantDon’

3、tcare(usually)Lecture22RichardLi,2011首先，阻抗完全不同。RF电路的输入输出阻抗一般情况下是相当低的，大部分射频设备的典型阻抗是50Ω。而数字电路的输入输出阻抗一般都很高，例如Op-amp（运算放大器）的输入和输出阻抗一般都高于10kΩ。P=V2/Z对于给定的功率，V2正比于Z。也就是说，模块的阻抗越高，则模块上的压降越大，反之，阻抗降低时，模块的压降也降低。不管是从电路的成本还是工程设计来看，低电压的应用优于高电压。这就是为什么RF模块的输入输出阻抗故意设置得很低，阻抗越低，只需要较低的电压就能建立相同的功率。

4、然而，数字信号与此相反，数字信号要求传输状态。对于给定的电流，高阻抗可以在模块上建立高的电压摆幅，信号可以更有效的对器件进行开/关操作。因此，一个高阻抗模块只要很低的电流就可以产生足够的电压摆幅。第二，在射频电路设计中，不管是输入阻抗还是输出阻抗，必须要考虑阻抗匹配，这非常重要。也就是说，输入阻抗必须与信号源的阻抗匹配，输出阻抗必须与负载的阻抗匹配。阻抗匹配是判断RF电路设计是否正确的一个重要的标准。然而在数字电路中，较少考虑阻抗匹配。Lecture23RichardLi,2011oComparisonRFblocks:Foragivenvolta

5、gev,LowZHighHighiItisbeneficialtothepowertransportationormanipulation!Digitalblocks:Foragivencurrenti,HighZHighLowPItisbeneficialtothestatustransportationormanipulation!Lecture24RichardLi,2011第三，RF电路模块中的电流一般在毫安级，而数字电路模块的电流在微安级，它们相差1000倍。前面提过，射频电路和数字电路的主要差别在于射频电路需要做阻抗匹配。而阻抗匹配的目

6、的是实现功率的最大传输。也就是说，RF电路的主要功能是功率传送。在RF电路模块中，低阻抗和高吸入电流有利于功率传输，因此是必须的。相反，低速数字电路不需要阻抗匹配，因为它不需要传输功率。我们关心的是数字电路如何传输状态“0”和“1”，即数字电路传输的是数字信号的状态而不是数字信号的功率。在“0”和“1”可以得到传输的情况下，尽量减少数字信号的功率。低速数字电路应首选低电流和高阻抗，这样有利于节省功耗。总之，低速数字电路是传输和处理状态，RF电路是传输和处理功率，因此数字电路设计和RF电路设计的任务不同，特点也不同。Lecture25RichardL

7、i,2011为什么RF信号是功率传输而数字信号是状态传输？在实际电路设计中这样的要求能否对调？答案可以从RF电路和数字电路在无线通信系统中的位置来寻找。RF模块和数字模块之间是调制和解调器。在传输模块中，数字信号被调制成载波，只要求在调制模块前达到有效调制状态。这表明输入到调制器的数字信号不管是功率还是电压都可以很低，只要能够有效地调制载波即可。在这种情形下，数字信号在本地模块间传输和处理，不需要功率传输。然而调制后的载波必须进行功率放大并且从天线发射出去。因此调制后的载波应有足够的功率，以传播很长的距离，让远处的接收机接收。在接收模块中，输入到解

8、调器的已调制RF载波只有功率大到能压倒噪声功率时才能被解调出来。一般来说，输入到解调器的RF信号和噪声功率的比至少要大于1