高频电子线路学习.docx

我的高频电路1学习感想孤独情圣 对于电设的高频的方向，一再的被称为传说。它最神奇的地方就在于极具挑战性。罗老师说过，做高频只要你做出来就一定能拿奖。可是向我们福大这种学校怎么却很少人在国赛拿奖，而它又几乎是通信专业学生专利，因为是专业所需。 一直期盼罗国新，但最终选的是邵雄老师的课。邵雄无疑是个非常棒的老师，带点幽默感，但很能和学生打成一片的。更重要的是他让我的认识到了自己原来高频还处于懵懂状态。本来花了一个寒假学完了基本厚厚的大书，知道今天上完课才知道原来一切都只是一个开始。对于高频，只能用一句话来形容“纸上得来终觉浅。”它需要一个极具经验和极富与众不同眼光的人来主宰。对于学校的教程，是一本最多人厌恶的电子线路（非线性部分）。可以说多说人提到这本书脑子里都会浮现出两个字“挂了”。就上学期的电子线路线性部分（低频）课程，有一半的人吐了吧，现在学的就是传说中的非线性部门，那对多数人来说几乎就是一门哲学，两个字抽象。 对于想学好高频的人来说，我想说你不能仅仅只是会看书，就因为抽象，更要要带着全新的视角看书，否则只会是一塌糊涂，越看越迷糊。如果说学低频的人是牛顿，那学高频的人就应该是爱因斯坦。怎么说呢，常规的电子线路就像经典力学一样，电压就是电压，电流就是电流，它建立在一套经典电路分析理论的基础之上，而且这套理论与我们日常的宏观实际非常接近，在学电路的学生来说几乎是根深蒂固。回头看高频，电压，电流已经不是简单的传输，而是通过“趋肤效应”紧贴导线的外表面传导。这就意味着最最本质的东西发生了改变，一切的一切也就随之发生了天翻地覆的巨变。所以要时刻以不同的眼观看待高频电路，任何一条导线在做高频的人眼里都是一根电感，任何的并排导线在做高频的人眼里都是一个电容，而且分布参数的数量级已经到了可以改变电路的性质，甚至改变电路最本质的特性。这就是为什么同一张原理图不同的人刷出来结果完全不一样，甚至同一个人前后两次刷出来的电路板性质差别巨大。对于低频来说，电路的各种参数及特性都是固定的，而且具备一套十分完备的理论体系，就像古典概型一样，通过计算可以得到任何的电路特性，而且结果唯一。对于高频来说，各种寄生参量对电路的影响极大，而且这些参量的出现不论从时间还是数值上都只无规律的，就像离散型随机变量。在低频里被忽略的种种到了高频里都是你的参数。因为无规律，所以不能计算，也就很难得知确切结果，只能预测。这就是为什么按着明明按着电路图印制出来的板却不能用。因为对于高频的高手来说，没有两个电路是一样的，就算仅是导线的长短不同，他就会称它是两个图。因为在他眼里电路图简单的器件导线图了，而是一张布满电容电感的抽象网络，而且这个网络具有不可预知性。就像一把5厘米的尺子到了爱因斯坦手里就会变短，同样的钟表到了他眼里就会延时。他的理论建立在经典理论之上，却又于经典理论格格不入。所以想学好高频，首先要建立在雄厚的基础之上，还要有全新的理念和眼光。没有用全新的理念学相对论，即使他整本书看熟了，公式都记住了，我我还是要说他没学会，因为他没有认识到本质的东西。对于高频，如果没有全新的视角，那就只能说明：同学，你还没起步呢。我的高频电路2射频功放独孤情圣 功率放大器，对所有学通信的人都是再熟悉不过了，打从大二初就开始学三级管和场效应管等，把直流电源转化为交流信号的功放器件。而射频功放，关键在于射，要对外辐射，结合效率和频段占据，就必须工作在高频波段，这就需要对放大器的认识进入一个全新的阶段。本教材花费了一章的篇幅来解释谐振，那试问你是怎么理解谐振功率放大器的呢？相信多数人学完第二章，只是知道有谐振这么一回事，多了一章考试范围我想说你太不相信专家的能力了，他不会无缘无故安排你多学一个章节滴，下面谈谈个人的看法吧首先要明白上学期学了整整一本书，到底在学什么否则就该反省一下一个学期都学到什么了。可以说上学期的电子线路（线性部分）就围绕着低频小信号的功率放大，围绕着小功率器件的各种特性展开。全书从交直流等效回路讲到稳定增益的负反馈网络，从简单功放到级联功放。从各种等效模型到具体电路的实现。无非就是围绕低频小信号的放大，为你解释功率器件的各种特性。 但是线性功放有两个致命前提，一是低频，二是小信号。因为低频，可以忽略结电容引起的非线性失真，因为小信号，忽略泰勒级数中的二次方级以上各非线性项，使放大器工作在较为理想的线性转移特性区域。是它们方便了我们线性的放大信号，但也是它们严重的限制了使用范围。一般的信号放大到几百豪幅就会出现明显的波形失真，这就是为什么编辑教材的专家要我们研究放大器的非线性部分。在一般放大器已经工作到了极限状态下，这时即使再多加几级的功放，也不能完成信号的放大。那用什么办法进一步放大信号，以满足日常生活的需要。经过有才的前人们日夜不停地探索与研究，最早用的是甲类功放，不知哪个有才的发明了合成的乙类功放，不仅是效率提高了不少，更使得放大器的最大放大倍数整整提高了一倍。而乙类功放之所能工作，是因为正负周期刚好都是半周期余弦波，能在输出端合成完整的波形。但如何进一步提高功率管效率及信号放大能力呢，经过有才人地不懈努力，最最经典的谐振功率放大器应运而生。已经学完了谐振放大器，我不知道多数人是什么感觉，个人感觉就是两个字经典，而且经典到了极限。不是说推导的那些公式很经典，而是传达的哲学思想愿超越我的想象。孙子云“投之亡地然后存，限之死地而后生。”既然线性功放已经工作到极限状态了，那就索性让它失真。在允许失真的前提下就很容易成千上万倍的放大信号，最后再从失真的放大信号中取出不失真的频率分量，完成大信号的放大，这就是谐振。已经学完谐振功放了，我不知道大家是什么感觉，可能自己看没感觉，但我想说第一个想到它的人真TM有才，它蕴含的哲学思想让人赞不绝口而又回味无穷。要大家去看高频的教材，对很多人来说想必是很痛苦的。但当你真正认识它的时候，或者你接触到它的本质的时候，你会发现，其实这本教材编的相当经典。我也看过一些其他版本的教材，蕴含的哲学思想都没它精彩。所以用这套教材是我们的幸运，愿你喜欢上它，喜欢上高频。有了谐振，射频也就不是难事了。通过谐振匹配网络，既可以实现阻抗匹配，又可以从大的失真信号中取出不是真的频率分量。同理，对于高频射频信号，经放大器作用后产生非线性失真，自然也能通过谐振网络的滤波选频作用取出不是真的频率分量，从而完成射频信号的放大。从此为信号的无线传输级各种调制解调的实现打下伏笔。可以说第二章的谐振功率放大器只是基础，但它的破蛋而出，可以说为整个高频电子线路奠定了基础。基于谐振，很多原本传说中的各种理想电路变成了现实。解释一下，大家在书中也学到了谐振网络的两大作用，一是阻抗匹配，二是滤波选频。也就是你设计的一个谐振网络必须同时具备匹配在放大器的最佳输出阻抗和谐振在所需的工作频率w上。看似很难，比如说设计好了阻抗匹配网络能否刚好有同时满足谐振频率呢，如果你不去试下，永远会觉得这巧合得就像是个传说。但细算之下你会发现，其实阻抗匹配和滤波选频并不矛盾。因为你设计谐振网络的步骤是先把所有电抗原件作为电阻，匹配好输入输出阻抗。而后再根据阻抗值和工作频率w计算所需的电感电容值，因此谐振频率也一定是w。两者不仅不矛盾，而且相辅相成。也就是设计好的谐振网络在满足阻抗匹配的前提下计算出来的电容电感值一定满足滤波选频，不信你自己试下。其实说了这么多，就是想解释一下谐振的由来和本质，其实认识谐振的本质，对高频学习来说只是个起点，但如果你对它一无所知，那就说明你学高频连门都没有入呢，丧需努力。不过没事，更多的精彩，日后我们一起探索我的高频电路3PCB设计独孤情圣对于高频电路图，尤其的GHz以上的超高频电路图，已经不能用传统的电路分析方法解读它，因为它的各种参数与原件的相对位置，引脚长度，引线宽度，隔离宽度等版图结构息息相关。因此对于高频电路板的设计于一般的电路板设计截然不同。对于一般的电路图设计，不论是用multisim还是protel，都是先在电路图上摆放原件，连接引线，然后自动生成PCB版图。最后打开版图对不合理的地方手动修改。而对于高频电路板的设计，它需要独特视角和极具经验的人来完成。且时刻把握以下三大原则：1 布局的设计 先采用手工布局的方法优化调整部分元器件的位置,再结合自动布局完成PCB的整体设计。布局的合理与否直接影响到产品的寿命、稳定性、EMC (电磁兼容)等,必须从电路板的整体布局、布线的可通性和PCB的可制造性、机械结构、散热、EMI(电磁干扰) 、可靠性、信号的完整性等方面综合考虑。 一般先放置与机械尺寸有关的固定位置的元器件,再放置特殊的和较大的元器件,最后放置小元器件。同时,要兼顾布线方面的要求,高频元器件的放置要尽量紧凑,信号线的布线才能尽可能短,从而降低信号线的交叉干扰等。1.1 与机械尺寸有关的定位插件的放置 电源插座、开关、PCB之间的接口、指示灯等都是与机械尺寸有关的定位插件。通常,电源与PCB之间的接口放到PCB的边缘处,并与PCB 边缘要有3 mm5 mm的间距;指示发光二极管应根据需要准确地放置;开关和一些微调元器件,如可调电感、可调电阻等应放置在靠近PCB 边缘的位置,以便于调整和连接;需要经常更换的元器件必须放置在器件比较少的位置,以易于更换。1.2 特殊元器件的放置 大功率管、变压器、整流管等发热器件,在高频状态下工作时产生的热量较多,所以在布局时应充分考虑通风和散热,将这类元器件放置在PCB上空气容易流通的地方。大功率整流管和调整管等应装有散热器,并要远离变压器。电解电容器之类怕热的元件也应远离发热器件,否则电解液会被烤干,造成其电阻增大,性能变差,影响电路的稳定性。 易发生故障的元器件,如调整管、电解电容器、继电器等,在放置时还要考虑到维修方便。对经常需要测量的测试点,在布置元器件时应注意保证测试棒能够方便地接触。 由于电源设备内部会产生50 Hz泄漏磁场,当它与低频放大器的某些部分交连时,会对低频放大器产生干扰。因此,必须将它们隔离开或者进行屏蔽处理。放大器各级最好能按原理图排成直线形式,如此排法的优点是各级的接地电流就在本级闭合流动,不影响其他电路的工作。输入级与输出级应当尽可能地远离,减小它们之间的寄生耦合干扰。 考虑各个单元功能电路之间的信号传递关系,还应将低频电路和高频电路分开,模拟电路和数字电路分开。集成电路应放置在PCB的中央,这样方便各引脚与其他器件的布线连接。 电感器、变压器等器件具有磁耦合,彼此之间应采用正交放置,以减小磁耦合。另外,它们都有较强的磁场,在其周围应有适当大的空间或进行磁屏蔽,以减小对其他电路的影响。 在PCB的关键部位要配置适当的高频退耦电容,如在PCB电源的输入端应接一个10F100 F的电解电容,在集成电路的电源引脚附近都应接一个0.01 pF左右的瓷片电容。有些电路还要配置适当的高频或低频扼流圈,以减小高低频电路之间的影响。这一点在原理图设计和绘制时就应给予考虑,否则也将会影响电路的工作性能。 元器件排列时的间距要适当,其间距应考虑到它们之间有无可能被击穿或打火。 含推挽电路、桥式电路的放大器,布置时应注意元器件电参数的对称性和结构的对称性,使对称元器件的分布参数尽可能一致。 在对主要元器件完成手动布局后,应采用元器件锁定的方法,使这些元器件不会在自动布局时移动。即执行Edit change命令或在元器件的Properties选中Locked就可以将其锁定不再移动。1.3 普通元器件的放置 对于普通的元器件,如电阻、电容等,应从元器件的排列整齐、占用空间大小、布线的可通性和焊接的方便性等几个方面考虑,可采用自动布局的方式。2 布线的设计 布线是在合理布局的基础上实现高频PCB 设计的总体要求。布线包括自动布线和手动布线两种方式。通常,无论关键信号线的数量有多少,首先对这些信号线进行手动布线,布线完成后对这些信号线布线进行仔细检查,检查通过后将其固定,再对其他布线进行自动布线。即采用手动和自动布线相结合来完成PCB的布线。 在高频PCB的布线过程中应特别注意以下几个方面问题。2.1 布线的走向 电路的布线最好按照信号的流向采用全直线,需要转折时可用45折线或圆弧曲线来完成,这样可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。高频信号线的布线应尽可能短。要根据电路的工作频率,合理地选择信号线布线的长度,这样可以减少分布参数,降低信号的损耗。制作双面板时,在相邻的两个层面上布线最好相互垂直、斜交或弯曲相交。避免相互平行,这样可以减少相互干扰和寄生耦合。 高频信号线与低频信号线要尽可能分开,必要时采取屏蔽措施,防止相互间干扰。对于接收比较弱的信号输入端,容易受到外界信号的干扰,可以利用地线做屏蔽将其包围起来或做好高频接插件的屏蔽。同一层面上应该避免平行走线,否则会引入分布参数,对电路产生影响。若无法避免时可在两平行线之间引入一条接地的铜箔,构成隔离线。 在数字电路中,对于差分信号线,应成对地走线,尽量使它们平行、靠近一些,并且长短相差不大。2.2 布线的形式 在PCB的布线过程中,走线的最小宽度由导线与绝缘层基板之间的粘附强度以及流过导线的电流强度所决定。当铜箔的厚度为0.05mm、宽度为1mm 1.5 mm时,可以通过2A电流。温度不会高于3 ,除一些比较特殊的走线外,同一层面上的其他布线宽度应尽可能一致。在高频电路中布线的间距将影响分布电容和电感的大小,从而影响信号的损耗、电路的稳定性以及引起信号的干扰等。在高速开关电路中,导线的间距将影响信号的传输时间及波形的质量。因此,布线的最小间距应大于或等于0.5 mm,只要允许,PCB布线最好采用比较宽的线。 印制导线与PCB的边缘应留有一定的距离(不小于板厚) ,这样不仅便于安装和进行机械加工,而且还提高了绝缘性能。 布线中遇到只有绕大圈才能连接的线路时,要利用飞线,即直接用短线连接来减少长距离走线带来的干扰。 含有磁敏元件的电路其对周围磁场比较敏感,而高频电路工作时布线的拐弯处容易辐射电磁波,如果PCB中放置了磁敏元件,则应保证布线拐角与其有一定的距离。 同一层面上的布线不允许有交叉。对于可能交叉的线条,可用“钻”与“绕”的办法解决,即让某引线从其他的电阻、电容、三极管等器件引脚下的空隙处“钻”过去,或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去。在特殊情况下,如果电路很复杂,为了简化设计,也允许用导线跨接解决交叉问题。 当高频电路工作频率较高时,还需要考虑布线的阻抗匹配及天线效应问题。2.3 电源线与地线的布线要求 根据不同工作电流的大小,尽量加大电源线的宽度。高频PCB应尽量采用大面积地线并布局在PCB的边缘,可以减少外界信号对电路的干扰;同时,可以使PCB的接地线与壳体很好地接触,使PCB的接地电压更加接近于大地电压。应根据具体情况选择接地方式,与低频电路有所不同,高频电路的接地线应该采用就近接地或多点接地的方式,接地线短而粗,以尽量减少地阻抗,其允许电流要求能够达到3倍于工作电流的标准。扬声器的接地线应接在PCB 功放输出级的接地点,切勿任意接地。 在布线过程中还应该及时地将一些合理的布线锁定,以免多次重复布线。即执行EditselectNet命令在预布线的属性中选中Locked就可以将其锁定不再移动。3 焊盘及敷铜的设计3.1 焊盘与孔径 在保证布线最小间距不违反设计的电气间距的情况下,焊盘的设计应较大,以保证足够的环宽。一般焊盘的内孔要比元器件的引线直径稍微大一点,设计过大,容易在焊接中形成虚焊。焊盘外径D 一般不小于(d+1.2)mm,其中d为焊盘内孔径,对于一些密度比较大的PCB ,焊盘的最小值可以取(d+1.0) mm。焊盘的形状通常设置为圆形,但是对于DIP封装的集成电路的焊盘最好采用跑道形,这样可以在有限的空间内增大焊盘的面积,有利于集成电路的焊接。布线与焊盘的连接应平滑过渡,即当布线进入圆焊盘的宽度较圆焊盘的直径小时,应采用补泪滴设计。 需要注意的是,焊盘内孔径d