射频电路中的电源设计要点.doc

_射频电路中的电源设计要点 看到文章的标题“射频电路中的电源设计要点”，相信有部分读者已经想到了，本文即将讲述的是一个综合的问题：结合和射频电路设计与电源电路设计。在我接触的同事，朋友当中，很多射频工程师都是埋头苦干，专心研究射频技术领域，却往往忽略了其他部分可能会造成的影响，电源电路就是其中的很重要的部分。所以我坚持认为，射频工程师要考虑到系统级别，包括时钟，电源，甚至数字电路部分，这样才能实现最优化设计，最佳性能与最高效率。我抛出这样的观点也许会遭到很多人的反对，不过不要紧，遇到问题时再来看这篇文章吧。我准备重点讲述两部分的内容，第一部分是低噪声放大器的电源电路设计要点，第二部分是射频功率放大器的电源电路设计要点。由于近几年的产品设计采用的都是SoC方案，所以很少有机会接触独立的VCO，PLL，混频器，调制/解调器等，以后有机会接触再做总结。关于射频SoC的电源电路设计，过段时间我会单独撰写。低噪声放大器电源电路设计低噪声放大器位于接收机的最前端，对于整体的接收灵敏度的影响是最大的。从灵敏度表达式可以看出，对于给定的通信协议，提高灵敏度的方法是尽可能降低放大器的噪声系数NF，当然我们还需要尽可能高的增益，这是很矛盾的。为了降低低噪声放大器的噪声系数，我们首先要选用合适的管子，然后选择合适的直流工作点，进行合理的射频电路设计，进行反复的测试，调试但是你是否想过，低噪声放大器的电源设计？1. 排除不确定因素，使用LDO为LNA供电在现有的基于SoC的设计方案中，LNA的供电都是由SoC上相应的控制管脚实现的，如下图中的LNA_PE_G0就是用于控制LNA供电的。那么，如果LNA_PE_G0携带着很多噪声，射频电路设计的再好也没用了，而且可悲的是，我们没有任何手段保证LNA_PE_G0这种来自SoC的信号的纯净度。所以，我认为，LNA的供电最好使用具有较高PSRR（电源抑制比）的LDO（线性稳压器）来实现。例如，TI的TPS718xx，TPS719xx就是一种高性能的LDO，电源抑制比可达65dB1kHz, 45dB1MHz，比较适合在低噪声放大器中使用。2. 电源走线依据“先过电容”的原则不会Layout的工程师不是好工程师，射频电路性能的好坏与Layout关系很大。在PCB Layout过程中，要时刻建立一种电流流向的概念，即电流从哪里来，要到哪里去，怎样让电流回路最小对于低噪声放大器，滤波电容是少不了的，我们一定要保证电流先流过滤波电容，再进入放大器。看看下面的两张图片，自己体会一下。3. 不要去做LDO的使能如果听取了我的建议，在设计中选用了LDO为低噪声放大器供电，那么你就千万别想着通过控制LDO的使能脚来实现低噪声放大器的打开/关闭了，反应再快的LDO也赶不上Switch，就像再牛的香水也干不过韭菜合子一样。因此，这个时候，最好使用模拟开关来为LNA供电，可供选择的型号有很多，我在这里不多作介绍。如果不使用模拟开关，那么你遇到的一个大问题便是数据吞吐量的大幅下降。射频功率放大器的电源电路设计相对于低噪声放大器，射频功率放大器的电源设计有更多的问题需要注意，在本文中我只讨论两点，一是功率余量，二是电源的瞬态响应。其实关于PA的电源电路设计我有一项专利，在这里不方便透露。1. 射频功率放大器的电源功率余量由于功率放大电路需要消耗较多的电源功率，考虑到系统功耗，我们只能采用DCDC为PA供电。当你阅读PA的Datasheet时，请务必读懂其关于功率消耗的说明。在一份PA的Datasheet中，通常会给出静态电流，典型输出功率下消耗的电流以及Absolute Maximum Current Consumption，如下图。某PA最大消耗电流某PA典型消耗电流某PA静态电流 我建议，所有关于射频功率放大器功耗的计算，取其功率消耗的最大值，并预留20%的余量。2. DCDC的快速瞬态响应可能有很多工程师不知道“瞬态响应”这样的指标，瞬态响应描述的是DCDC应对快速变化的负载的响应能力。对于CPU内核电压，或者射频功率放大电路，瞬态响应这项指标相当重要。IEEE 802.11标准中，对于设备的输出功率从10%上升到90%的时间做了规定，为了不影响产品性能，我们当然希望上升时间越短越好。射频电路本身往往不会对上升时间造成限制，但是这就对电源电路提出了较高的要求：必须在极短的时间内响应并提供最够的输出功率。观察下图中两种DCDC反馈电路的拓补结构，不难发现，右侧比左侧的反馈电路多了一颗10pF的电容。这颗电容可不简单，我们将在后面看到这颗电容的用途，这颗电容称为“前馈电容”。无前馈电容时，DCDC的反馈网络由两颗电阻组成，用于设定DCDC转换器的输出电压，其传递函数如下图所示。无前馈电容的传递函数增加了前馈电容后，DCDC转换器可以更高效地响应高频扰动。有前馈电容的传递函数比较两种图形不难发现，两种反馈结构在低频段具有一致的响应曲线；在中高频区域，C1的通路阻抗降低使得输出的电