مدارهای RF بسیار حساس به منبع تغذیه هستند، با هسته اصلی تضاد بزرگ بین بزرگی سیگنال های عملیاتی آنها و نویز منبع تغذیه، و نویز به راحتی مستقیماً بر روی حامل RF مدوله می شود. حذف نویز برق مستلزم تشکیل یک سیستم جداسازی و سرکوب کامل از ابعاد مختلف از جمله انتخاب دستگاه، چیدمان PCB و طراحی معماری است.
1. دلیل اصلی حساس بودن مدارهای RF به منبع تغذیه
سطح سیگنال کنتراست قابل توجهی دارد
سیگنال مفید پیوند دریافت RF معمولاً به اندازه μ V پایین است، در حالی که اشکالات سوئیچ و نویز امواج در ریل برق مدارهای دیجیتال به راحتی می توانند به سطح mV با اختلاف دامنه بیش از 120 دسی بل بین این دو برسد. نویز کم قدرت برای غلبه بر سیگنال های ضعیف RF کافی است.
نسبت رد منبع تغذیه (PSRR) خرابی فرکانس بالا
PSRR تراشه‌های قدرت معمولی تنها در محدوده فرکانس پایین عملکرد خوبی دارد، با کاهش سریع توانایی تضعیف پس از فراتر از 10 مگاهرتز. در باند فرکانس 2.4 گیگاهرتز، PSRR در اکثر LDO های معمولی کمتر از 20 دسی بل است، که سرکوب نویز فرکانس بالا را تقریبا غیرممکن می کند. موج 1 میلی ولت روی پایه پاور مستقیماً سیگنال های پراکنده سطح 100 میکرو ولت در ترمینال خروجی RF ایجاد می کند.
مدولاسیون مستقیم حامل RF توسط نویز
نویز پهنای باند و هارمونیک های سوئیچ در منبع تغذیه مستقیماً از طریق پین های منبع تغذیه به مسیر RF متصل می شوند، با موج حامل ترکیب می شوند و مستقیماً نویز فاز، EVM (دامنه برداری خطا) و حساسیت دریافت را کاهش می دهند. اندازه‌گیری شده است که وقتی نویز منبع تغذیه از -50 دسی‌بی‌سی تجاوز کند، عملکرد EVM PA بیش از 15 درصد کاهش می‌یابد.
تداخل تقویت پارامتر انگلی
در باند فرکانس RF، اندوکتانس معادل یک سیم زمین با طول 1 میلی متر حدود 1 نانوهت است و اندوکتانس سیم زمین 10 میلی متری می تواند به 27 Ω برسد. نویز جهش زمین و اندوکتانس انگلی اثر تداخل صدای منبع تغذیه را بیشتر تقویت می کند و به نقطه عملیاتی مورد انتظار مدار RF آسیب می رساند.
2. طرح حذف کامل فرآیند برای نویز قدرت برد RF
انتخاب لایه ای و جداسازی تراشه های قدرت
پس از اتمام تبدیل ولتاژ DC/DC جلویی، قسمت پشتی باید به یک LDO اختصاصی PSRR RF بالا مجهز شود تا توان حساس‌ترین ماژول‌ها مانند VCO و PLL را تامین کند. LDO به PSRR حداقل 50 دسی بل در باند فرکانس 2.4 گیگاهرتز نیاز دارد، مانند مدل هایی مانند ADP7158 و TPS7A91.
تامین برق مستقیم به مدارهای سیگنال کوچک RF با DC/DC ممنوع است، زیرا هارمونیک های پهنای باند تولید شده در لبه سوئیچ مستقیماً محدوده فرکانس صدها مگاهرتز تا گیگاهرتز را پوشش می دهند و خوشه های نویز را تشکیل می دهند که فیلتر کردن آنها دشوار است.
طرح دقیق خازن جداکننده چند سطحی
ترکیبی از "خازن ذخیره انرژی با ظرفیت بزرگ + خازن فیلتر کننده با ظرفیت متوسط + خازن کوچک فرکانس بالا" به کار گرفته شده است: یک خازن 10 μF X7R در ورودی برق قرار می گیرد و خازن های NPO/MLCC با فرکانس بالا 100nF و 10pF به صورت متوالی در پوشش منبع تغذیه بدون 1 میلی متر قرار می گیرند. باندهای فرکانس سرکوب از DC تا ده ها گیگاهرتز.
از اصل کوتاه‌ترین مدار کاملاً پیروی کنید: فاصله بین پایه خازن و زمین تراشه کمتر از λ/20 (حدود 2.5 میلی‌متر در 2.4 گیگاهرتز) است، از وارد کردن القای انگلی توسط سیم‌های بلند برای جبران اثر فیلتر با فرکانس بالا خازن اجتناب می‌شود.
خفگی هدفمند از مهره های مغناطیسی / القاگر
در مسیر انشعاب منبع تغذیه دیجیتال و منبع تغذیه اصلی که وارد حوزه فرکانس رادیویی می شود، دانه های مغناطیسی با امپدانس به اندازه کافی بالا در نقطه فرکانس نویز هدف و مقاومت DC کمتر از 0.5 Ω انتخاب می شوند. به عنوان مثال، در سناریوی 2.4 گیگاهرتز، مدل هایی با امپدانس 2.4 گیگاهرتز بزرگتر یا مساوی 500 Ω انتخاب می شوند تا به عایق بندی نویز توان بین دامنه دیجیتال و حوزه فرکانس رادیویی دست یابند.
در مسیر منبع تغذیه PA جریان بالا، یک سلف سیم پیچ فرکانس بالا 3-5nH به عنوان چوک انتخاب می شود، و یک منطقه توزیع ممنوعه بیش از 1 میلی متر در اطراف آن برای جلوگیری از خازن انگلی و کاهش اثر فیلترینگ در نظر گرفته شده است.
PCB Stacking و Power Partition Design
توصیه می شود از یک پشته 4 لایه یا بالاتر از "لایه سیگنال لایه سیگنال لایه قدرت کامل سطح زمین" استفاده کنید، با یک صفحه زمین کامل لایه دوم که بازگشت امپدانس کم را برای سیم کشی RF فراهم می کند در حالی که جفت انگلی بین لایه قدرت و لایه سیگنال RF را جدا می کند.
اتخاذ یک معماری منبع تغذیه ستاره شکل: پس از اینکه ورودی منبع تغذیه اصلی به طور یکنواخت فیلتر شد، برق LNA، PA و VCO را از طریق شاخه‌های مهره مغناطیسی مستقل تامین می‌کند. منبع تغذیه آنالوگ، منبع تغذیه دیجیتال و منبع تغذیه RF کاملاً از هم جدا شده اند و لایه های مختلف منبع تغذیه از همپوشانی در فضا برای جلوگیری از تداخل خازن انگلی منع شده است.
بهینه سازی تأیید حلقه بسته آزمایش شده است
هات اسپات های نویز روی برد موقعیت یابی را با یک کاوشگر میدان نزدیک اسکن کنید و از یک آنالایزر طیف برای اندازه گیری مستقیم طیف نویز پایه های برق تراشه RF استفاده کنید. برای نقاط فرکانس بیش از حد، خازن های فیلتر اختصاصی را در موقعیت های مسیریابی 1/4 طول موج متناظر اضافه کنید تا به کاهش نویز دقیق برسید.