РЧ-ланцюги надзвичайно чутливі до джерела живлення, причому основним є величезний контраст між величиною їхніх робочих сигналів і шумом джерела живлення, і шум легко модулюється безпосередньо на радіочастотну несучу; Усунення шуму живлення вимагає формування повної системи ізоляції та придушення з багатьох вимірів, включаючи вибір пристрою, компонування друкованої плати та дизайн архітектури.
1. Основна причина, чому радіочастотні схеми чутливі до джерела живлення
Рівень сигналу має значний контраст
Корисний сигнал радіочастотного приймального каналу зв’язку зазвичай має низький рівень μ В, тоді як збої перемикача та пульсації на шині живлення цифрових схем можуть легко досягати рівня в мВ з різницею амплітуд понад 120 дБ між ними. Шуму невеликої потужності достатньо, щоб повністю заглушити слабкі радіочастотні сигнали.
Високочастотний збій джерела живлення (PSRR).
PSRR звичайних мікросхем живлення добре працює лише в діапазоні низьких частот із швидким падінням здатності загасання після перевищення 10 МГц. У діапазоні частот 2,4 ГГц PSRR більшості звичайних LDO становить менше 20 дБ, що робить практично неможливим придушення високочастотного шуму. Пульсація 1 мВ на контакті живлення безпосередньо генеруватиме розсіяні сигнали на рівні 100 мкВ на вихідному радіочастотному терміналі.
Пряма модуляція радіочастотної несучої шумом
Широкосмуговий шум і гармоніки перемикача на блоці живлення безпосередньо з’єднуються з радіочастотним трактом через контакти джерела живлення, змішуються з несучою хвилею та безпосередньо погіршують фазовий шум, EVM (амплітуду вектора помилки) і чутливість прийому. Було виміряно, що коли шум джерела живлення перевищує -50 дБн, продуктивність EVM PA знизиться більш ніж на 15%.
Паразитарна перешкода підсилення параметрів
У радіочастотному діапазоні еквівалентна індуктивність дроту заземлення довжиною 1 мм становить приблизно 1 нГн, а індуктивність дроту заземлення 10 мм може досягати 27 Ом. Шум відскоку від землі та паразитна індуктивність ще більше посилять ефект перешкод від шуму джерела живлення, пошкоджуючи очікувану робочу точку РЧ-ланцюга.
2. Повна схема процесу усунення шуму потужності радіочастотної плати
Порівневий вибір і ізоляція мікросхем живлення
Після завершення перетворення напруги переднього кінця DC/DC, серверний кінець повинен бути оснащений виділеним LDO з високим PSRR RF для живлення найбільш чутливих модулів, таких як VCO та PLL. LDO вимагає PSRR не менше ніж 50 дБ у діапазоні частот 2,4 ГГц, як, наприклад, моделі ADP7158 і TPS7A91.
Забороняється напряму подавати живлення до ланцюгів радіочастотного малого сигналу DC/DC, оскільки широкосмугові гармоніки, що генеруються на краю комутатора, безпосередньо охоплюють діапазон частот від сотень МГц до ГГц, утворюючи кластери шуму, які важко відфільтрувати.
Точне розташування багаторівневого конденсатора розв’язки
Використовується комбінація «конденсатор для накопичення енергії великої ємності + фільтруючий конденсатор середньої ємності + високочастотний малий конденсатор»: конденсатор 10 мкФ X7R розміщується на вході живлення, а високочастотні конденсатори NPO/MLCC ємністю 100 нФ і 10 пФ послідовно встановлюються в межах 1 мм від контакту джерела живлення мікросхеми, охоплюють діапазони частот шумозаглушення від постійного струму до десятків ГГц.
Суворо дотримуйтесь принципу найкоротшого замикання: відстань між контактом заземлення конденсатора та землею мікросхеми менше λ/20 (приблизно 2,5 мм на 2,4 ГГц), уникаючи введення паразитної індуктивності довгими проводами для компенсації ефекту високочастотної фільтрації конденсатора.
Цільовий дросель магнітних кульок/індукторів
На шляху відгалуження цифрового джерела живлення та основного джерела живлення, що входить у радіочастотну область, вибираються магнітні кульки з достатньо високим імпедансом у цільовій точці шумової частоти та опором постійному струму менше 0,5 Ом. Наприклад, у сценарії 2,4 ГГц моделі з імпедансом 2,4 ГГц, що перевищує або дорівнює 500 Ом, вибираються для досягнення шумоізоляції потужності між цифровою областю та радіочастотною областю.
На шляху джерела живлення потужного струму PA високочастотна обмотка індуктивності 3-5nH вибирається як дросель, а заборонена зона розподілу більше 1 мм зарезервована навколо нього, щоб уникнути паразитної ємності та зменшити ефект фільтрації.
Укладання друкованих плат і проектування розділу живлення
Рекомендується використовувати 4-шаровий або вищий стек «рівня сигналу повного рівня заземлення на рівні потужності сигналу», з повною площиною заземлення другого шару, що забезпечує низький імпеданс зворотного зв’язку для радіочастотної проводки, одночасно ізолюючи паразитний зв’язок між рівнем живлення та рівнем радіочастотного сигналу.
Прийняття зіркоподібної архітектури джерела живлення: після рівномірної фільтрації основного входу джерела живлення він подає живлення на LNA, PA та VCO через незалежні гілки магнітних кульок. Аналогове джерело живлення, цифрове джерело живлення та джерело радіочастотного живлення повністю розділені, а різним шарам джерела живлення заборонено накладатися в просторі, щоб уникнути паразитних перехресних перехресних перешкод.
Перевірена оптимізація перевірки замкнутого циклу
Проскануйте точки шуму на платі позиціонування за допомогою датчика ближнього поля та використовуйте аналізатор спектру, щоб безпосередньо виміряти спектр шуму контактів живлення радіочастотної мікросхеми. Для точок надмірної частоти додайте спеціальні фільтруючі конденсатори у відповідних положеннях маршрутизації 1/4 довжини хвилі, щоб досягти точного зменшення шуму.