Circuitele RF sunt extrem de sensibile la sursa de alimentare, miezul fiind contrastul imens dintre magnitudinea semnalelor lor de operare și zgomotul de alimentare, iar zgomotul este ușor de modulat direct pe purtătorul RF; Eliminarea zgomotului de alimentare necesită formarea unui sistem complet de izolare și suprimare din mai multe dimensiuni, inclusiv selecția dispozitivelor, aspectul PCB-ului și designul arhitecturii.
1. Motivul principal pentru care circuitele RF sunt sensibile la sursa de alimentare
Nivelul semnalului are un contrast semnificativ
Semnalul util al legăturii de recepție RF este, de obicei, la fel de scăzut ca nivelul μ V, în timp ce întrerupătoarele și zgomotul ondulat pe șina de alimentare a circuitelor digitale pot atinge cu ușurință nivelul mV, cu o diferență de amplitudine de peste 120 dB între cele două. Zgomotul mic de putere este suficient pentru a copleși complet semnalele RF slabe.
Defecțiune de înaltă frecvență a raportului de respingere a sursei de alimentare (PSRR).
PSRR-ul cipurilor de putere convenționale funcționează bine doar în intervalul de frecvență joasă, cu o scădere rapidă a capacității de atenuare după ce depășește 10MHz. În banda de frecvență de 2,4 GHz, PSRR al majorității LDO-urilor obișnuite este mai mică de 20 dB, ceea ce face aproape imposibilă suprimarea zgomotului de înaltă frecvență. Ondularea de 1 mV de pe pinul de alimentare va genera direct semnale împrăștiate de 100 μ V la terminalul de ieșire RF.
Modularea directă a purtătorului RF prin zgomot
Zgomotul de bandă largă și armonicile de comutare de pe sursa de alimentare se vor cupla direct la calea RF prin pinii sursei de alimentare, se vor amesteca cu unda purtătoare și vor deteriora direct zgomotul de fază, EVM (amplitudinea vectorului de eroare) și sensibilitatea de recepție. S-a măsurat că atunci când zgomotul sursei de alimentare depășește -50dBc, performanța EVM a PA va scădea cu mai mult de 15%.
Interferență de amplificare a parametrilor paraziți
În banda de frecvență RF, inductanța echivalentă a unui fir de împământare lung de 1 mm este de aproximativ 1 nH, iar inductanța unui fir de împământare de 10 mm poate ajunge la 27 Ω. Zgomotul de respingere la sol și inductanța parazită vor amplifica și mai mult efectul de interferență al zgomotului sursei de alimentare, dăunând punctului de funcționare așteptat al circuitului RF.
2. Schema de eliminare completă a procesului pentru zgomotul de putere al plăcii RF
Selectarea stratificată și izolarea cipurilor de putere
După ce conversia de tensiune a front-end DC/DC este finalizată, back-end-ul trebuie să fie echipat cu un LDO dedicat PSRR RF ridicat pentru a furniza energie celor mai sensibile module, cum ar fi VCO și PLL. LDO necesită un PSRR de nu mai puțin de 50 dB în banda de frecvență de 2,4 GHz, cum ar fi modele precum ADP7158 și TPS7A91.
Este interzisă alimentarea directă a circuitelor de semnal mic RF cu DC/DC, deoarece armonicile de bandă largă generate la marginea comutatorului vor acoperi direct gama de frecvență de la sute de MHz la GHz, formând grupuri de zgomot care sunt greu de filtrat.
Dispoziție precisă a condensatorului de decuplare pe mai multe niveluri
Se adoptă combinația „condensator de stocare a energiei de mare capacitate + condensator de filtrare de capacitate medie + condensator mic de înaltă frecvență”: un condensator X7R de 10 μ F este plasat la intrarea de alimentare, iar condensatorii NPO/MLCC de înaltă frecvență de 100nF și 10pF sunt montați secvențial la 1 mm de suprimare a zgomotului în banda de curent continuu, la 1 mm de suprimare a frecvenței zgomotului. GHz.
Urmați cu strictețe principiul celui mai scurt circuit: distanța dintre pinul de împământare a condensatorului și masa cipului este mai mică de λ/20 (aproximativ 2,5 mm la 2,4 GHz), evitând introducerea inductanței parazitare prin fire lungi pentru a compensa efectul de filtrare de înaltă frecvență al condensatorului.
Sufocare direcționată a perlelor/inductoarelor magnetice
Pe calea de ramificare a sursei de alimentare digitale și a sursei de alimentare principale care intră în domeniul frecvenței radio, sunt selectate margele magnetice cu impedanță suficient de mare la punctul de frecvență a zgomotului țintă și rezistență DC mai mică de 0,5 Ω. De exemplu, în scenariul de 2,4 GHz, modelele cu impedanță de 2,4 GHz mai mare sau egală cu 500 Ω sunt selectate pentru a obține izolarea zgomotului de putere între domeniul digital și domeniul frecvenței radio.
Pe calea de alimentare cu curent înalt PA, un inductor de înfășurare de înaltă frecvență de 3-5 nH este selectat ca sufocare și o zonă de distribuție interzisă mai mare de 1 mm este rezervată în jurul său pentru a evita capacitatea parazită și pentru a reduce efectul de filtrare.
Stivuire PCB și design partiție de putere
Se recomandă utilizarea unui stivă de 4 straturi sau mai mare de „strat de semnal complet al planului de masă stratul de semnal al stratului de putere”, cu un plan de masă complet al doilea strat care oferă revenire la impedanță scăzută pentru cablarea RF, izolând în același timp cuplajul parazit dintre stratul de putere și stratul de semnal RF.
Adoptarea unei arhitecturi de alimentare în formă de stea: După ce intrarea principală a sursei de alimentare este filtrată uniform, furnizează energie LNA, PA și VCO prin ramuri independente de margele magnetice. Sursa de alimentare analogică, sursa de alimentare digitală și sursa de alimentare RF sunt complet separate, iar diferitele straturi de alimentare sunt interzise să se suprapună în spațiu pentru a evita diafonia parazită a capacității.
Optimizare testată a verificării în buclă închisă
Scanați punctele fierbinți de zgomot de pe placa de poziționare cu o sondă de câmp apropiat și utilizați un analizor de spectru pentru a măsura direct spectrul de zgomot al pinilor de alimentare ale chipului RF. Pentru punctele de frecvență excesivă, adăugați condensatori de filtrare dedicati la pozițiile corespunzătoare de rutare de 1/4 lungime de undă pentru a obține o reducere precisă a zgomotului.