RF-circuits zijn extreem gevoelig voor stroomvoorziening, waarbij de kern het enorme contrast is tussen de omvang van hun bedrijfssignalen en de ruis van de voeding, en de ruis kan gemakkelijk rechtstreeks op de RF-draaggolf worden gemoduleerd; Het elimineren van stroomruis vereist de vorming van een compleet isolatie- en onderdrukkingssysteem uit meerdere dimensies, inclusief apparaatselectie, PCB-indeling en architectuurontwerp.
1. De belangrijkste reden waarom RF-circuits gevoelig zijn voor stroomvoorziening
Het signaalniveau heeft een aanzienlijk contrast
Het bruikbare signaal van de RF-ontvangstverbinding is gewoonlijk zo laag als μV-niveau, terwijl de schakelaarstoringen en rimpelruis op de stroomrail van digitale circuits gemakkelijk het mV-niveau kunnen bereiken, met een amplitudeverschil van meer dan 120 dB tussen de twee. Kleine stroomruis is voldoende om zwakke RF-signalen volledig te overweldigen.
Voedingsafwijzingsratio (PSRR) hoogfrequente storing
De PSRR van conventionele stroomchips presteert alleen goed in het lage frequentiebereik, met een snelle daling van het dempingsvermogen na het overschrijden van 10 MHz. In de 2,4GHz-frequentieband is de PSRR van de meeste gewone LDO's minder dan 20 dB, waardoor het vrijwel onmogelijk is om hoogfrequente ruis te onderdrukken. De 1 mV-rimpel op de voedingspin genereert direct 100 μV-niveauverstrooide signalen op de RF-uitgangsterminal.
Directe modulatie van RF-draaggolf door ruis
De breedbandruis en schakelharmonischen op de voeding zullen via de voedingspinnen rechtstreeks worden gekoppeld aan het RF-pad, zich vermengen met de draaggolf en de faseruis, EVM (error vector amplitude) en ontvangstgevoeligheid direct verslechteren. Er is gemeten dat wanneer het geluid van de voeding de -50dBc overschrijdt, de EVM-prestaties van PA met meer dan 15% zullen afnemen.
Parasitaire parameterversterkingsinterferentie
In de RF-frequentieband is de equivalente inductie van een aarddraad van 1 mm lang ongeveer 1 nH, en de inductie van een aarddraad van 10 mm kan 27 Ω bereiken. Aardstuitgeluid en parasitaire inductie zullen het interferentie-effect van voedingruis verder versterken, waardoor het verwachte werkpunt van het RF-circuit wordt beschadigd.
2. Volledig proceseliminatieschema voor stroomruis van de RF-plaat
Gelaagde selectie en isolatie van stroomchips
Nadat de spanningsconversie van de front-end DC/DC is voltooid, moet de back-end worden uitgerust met een speciale LDO met hoge PSRR RF om stroom te leveren aan de meest gevoelige modules zoals VCO en PLL. De LDO vereist een PSRR van niet minder dan 50dB in de 2,4GHz-frequentieband, zoals modellen als ADP7158 en TPS7A91.
Het is verboden om rechtstreeks stroom te leveren aan kleine RF-signaalcircuits met DC/DC, omdat de breedbandharmonischen die aan de rand van de schakelaar worden gegenereerd direct het frequentiebereik van honderden MHz tot GHz bestrijken en ruisclusters vormen die moeilijk uit te filteren zijn.
Nauwkeurige lay-out van de ontkoppelcondensator op meerdere niveaus
De combinatie van "energieopslagcondensator met grote capaciteit + filtercondensator met gemiddelde capaciteit + hoogfrequente kleine condensator" wordt toegepast: een 10 μ F X7R-condensator wordt bij de stroomingang geplaatst, en 100 nF en 10 pF hoogfrequente NPO / MLCC-condensatoren worden opeenvolgend gemonteerd binnen 1 mm van de voedingspen van de chip, die ruisonderdrukkingsfrequentiebanden van DC tot tientallen GHz bestrijken.
Volg strikt het principe van de kortste circuit: de afstand tussen de aardingspin van de condensator en de chipaarde is minder dan λ/20 (ongeveer 2,5 mm bij 2,4 GHz), waardoor de introductie van parasitaire inductie door lange draden wordt vermeden om het hoogfrequente filtereffect van de condensator te compenseren.
Gerichte smoorspoel van magnetische kralen/inductoren
Op het vertakkingspad van de digitale voeding en de hoofdvoeding die het radiofrequentiedomein binnenkomen, worden magnetische kralen met voldoende hoge impedantie op het doelruisfrequentiepunt en een DC-weerstand van minder dan 0,5 Ω geselecteerd. In het 2,4GHz-scenario worden bijvoorbeeld modellen met een 2,4GHz-impedantie groter dan of gelijk aan 500 Ω geselecteerd om vermogensruisisolatie tussen het digitale domein en het radiofrequentiedomein te bereiken.
Op het PA-voedingspad met hoge stroomsterkte wordt een hoogfrequente wikkelinductor van 3-5 nH geselecteerd als de smoorspoel, en eromheen is een verboden distributiegebied van meer dan 1 mm gereserveerd om parasitaire capaciteit te voorkomen en het filtereffect te verminderen.
PCB-stapeling en ontwerp van stroompartities
Het wordt aanbevolen om een 4-laags of hogere stapel van "signaallaag compleet aardvlak vermogenslaag signaallaag" te gebruiken, met een compleet tweede laag aardvlak dat een lage impedantie-retour biedt voor RF-bedrading terwijl parasitaire koppeling tussen de vermogenslaag en de RF-signaallaag wordt geïsoleerd.
Door gebruik te maken van een stervormige voedingsarchitectuur: nadat de hoofdvoedingsingang uniform is gefilterd, levert deze stroom aan LNA, PA en VCO via onafhankelijke magnetische kraalvertakkingen. De analoge voeding, digitale voeding en RF-voeding zijn volledig gescheiden en het is verboden om verschillende voedinglagen in de ruimte te overlappen om parasitaire capaciteitsoverspraak te voorkomen.
Geteste optimalisatie van closed-loop-verificatie
Scan de ruishotspots op het positioneringsbord met een near-field-sonde en gebruik een spectrumanalysator om direct het ruisspectrum van de voedingspinnen van de RF-chip te meten. Voor de excessieve frequentiepunten voegt u speciale filtercondensatoren toe op de corresponderende routeringsposities van 1/4 golflengte om een nauwkeurige ruisonderdrukking te bereiken.