RF kola su izuzetno osetljiva na napajanje, sa jezgrom koje predstavlja ogroman kontrast između veličine njihovih radnih signala i buke napajanja, a šum se lako moduliše direktno na RF nosač; Eliminacija buke napajanja zahteva formiranje kompletnog sistema izolacije i potiskivanja iz više dimenzija, uključujući izbor uređaja, raspored PCB-a i dizajn arhitekture.
1. Osnovni razlog zašto su RF kola osjetljiva na napajanje
Nivo signala ima značajan kontrast
Korisni signal RF prijemne veze obično je nizak od nivoa μ V, dok kvarovi prekidača i šumovi na šini za napajanje digitalnih kola mogu lako dostići nivo mV, sa amplitudnom razlikom većom od 120 dB između njih. Mali šum snage dovoljan je da potpuno nadjača slabe RF signale.
Omjer odbijanja napajanja (PSRR) visokofrekventni kvar
PSRR konvencionalnih energetskih čipova radi dobro samo u niskom frekventnom opsegu, sa brzim padom sposobnosti slabljenja nakon prekoračenja 10MHz. U frekvencijskom opsegu od 2,4 GHz, PSRR većine običnih LDO-ova je manji od 20 dB, što čini gotovo nemogućim potiskivanje visokofrekventne buke. Mreškanje od 1 mV na pinu napajanja direktno će generirati rasute signale na nivou od 100 μV na RF izlaznom terminalu.
Direktna modulacija RF nosioca šumom
Širokopojasni šum i harmonici prekidača na izvoru napajanja direktno će se povezati sa RF putanjom kroz pinove napajanja, pomešati se sa nosećim talasom i direktno će pogoršati fazni šum, EVM (amplituda vektora greške) i osetljivost prijema. Izmereno je da kada buka napajanja pređe -50dBc, EVM performanse PA će se smanjiti za više od 15%.
Interferencija pojačanja parazitnih parametara
U RF frekvencijskom opsegu, ekvivalentna induktivnost žice za uzemljenje dužine 1 mm je oko 1 nH, a induktivnost žice za uzemljenje od 10 mm može doseći 27 Ω. Buka odbijanja od zemlje i parazitska induktivnost dodatno će pojačati efekat smetnji buke izvora napajanja, oštećujući očekivanu radnu tačku RF kola.
2. Potpuna shema eliminacije procesa za šum napajanja RF ploče
Slojeviti izbor i izolacija energetskih čipova
Nakon što je konverzija napona front-end DC/DC završena, back-end mora biti opremljen sa visokim PSRR RF posvećenim LDO za napajanje najosetljivijih modula kao što su VCO i PLL. LDO zahtijeva PSRR od najmanje 50 dB u frekvencijskom opsegu od 2,4 GHz, kao što su modeli poput ADP7158 i TPS7A91.
Zabranjeno je direktno napajanje strujom RF malih signalnih kola sa DC/DC, jer će širokopojasni harmonici generirani na rubu prekidača direktno pokriti frekvencijski opseg od stotina MHz do GHz, formirajući klastere šuma koje je teško filtrirati.
Precizan raspored kondenzatora za razdvajanje više nivoa
Usvojena je kombinacija "kondenzator za pohranu energije velikog kapaciteta + filterski kondenzator srednjeg kapaciteta + visokofrekventni mali kondenzator": kondenzator od 10 μF X7R se postavlja na ulaz napajanja, a 100nF i 10pF visokofrekventni NPO/MLCC kondenzatori se montiraju u nizu na 1 mm napajanja. pokriva frekventne opsege za suzbijanje šuma od DC do desetina GHz.
Strogo slijedite princip najkraćeg spoja: udaljenost između igle za uzemljenje kondenzatora i uzemljenja čipa je manja od λ/20 (oko 2,5 mm na 2,4 GHz), izbjegavajući uvođenje parazitske induktivnosti dugim žicama kako bi se nadoknadio visokofrekventni efekat filtriranja kondenzatora.
Ciljana prigušnica magnetnih perli/induktora
Na putu grane digitalnog napajanja i glavnog napajanja koje ulazi u radiofrekvencijski domen, biraju se magnetne perle sa dovoljno visokom impedancijom u tački ciljne frekvencije šuma i DC otporom manjim od 0,5 Ω. Na primjer, u scenariju od 2,4 GHz, odabrani su modeli sa impedancijom od 2,4 GHz većom ili jednakom 500 Ω kako bi se postigla izolacija buke snage između digitalnog domena i domena radio frekvencije.
Na visokostrujnom putu napajanja PA, visokofrekventni induktor namotaja od 3-5nH je odabran kao prigušnica, a zabranjeno područje distribucije veće od 1 mm je rezervisano oko njega kako bi se izbjegao parazitski kapacitet i smanjio efekat filtriranja.
PCB slaganje i dizajn particije napajanja
Preporučuje se korištenje 4-slojnog ili višeg steka "kompletnog sloja signala uzemljenog sloja snage signalnog sloja", s kompletnom uzemljenom ravninom drugog sloja koja pruža povrat niske impedancije za RF ožičenje dok izoluje parazitnu spregu između sloja snage i sloja RF signala.
Usvajanje arhitekture napajanja u obliku zvijezde: Nakon što je ulaz glavnog napajanja jednoliko filtriran, on napaja LNA, PA i VCO kroz nezavisne grane magnetnih perli. Analogno napajanje, digitalno napajanje i RF napajanje su potpuno odvojeni, a različitim slojevima napajanja zabranjeno je preklapanje u prostoru kako bi se izbjeglo preslušavanje parazitskog kapaciteta.
Testirana optimizacija verifikacije zatvorene petlje
Skenirajte žarišta buke na ploči za pozicioniranje pomoću sonde bliskog polja i koristite analizator spektra za direktno mjerenje spektra buke RF iglica za napajanje čipa. Za tačke prekomerne frekvencije, dodajte namenske kondenzatore za filtriranje na odgovarajućim pozicijama 1/4 talasne dužine kako biste postigli precizno smanjenje šuma.