RF веригите са изключително чувствителни към захранването, като ядрото е огромният контраст между големината на техните работни сигнали и шума на захранването, а шумът лесно се модулира директно върху RF носителя; Елиминирането на шума от захранването изисква формирането на цялостна система за изолиране и потискане от множество измерения, включително избор на устройство, оформление на печатни платки и архитектурен дизайн.
1. Основната причина, поради която радиочестотните схеми са чувствителни към захранването
Нивото на сигнала има значителен контраст
Полезният сигнал на RF приемащата връзка обикновено е толкова нисък, колкото μ V ниво, докато бъговете на превключвателя и пулсационният шум на захранващата шина на цифровите схеми могат лесно да достигнат ниво на mV, с амплитудна разлика от повече от 120 dB между двете. Шумът от малка мощност е достатъчен, за да заглуши напълно слабите радиочестотни сигнали.
Коефициент на отхвърляне на захранването (PSRR) с висока честота
PSRR на конвенционалните захранващи чипове се представя добре само в нискочестотния диапазон, с бърз спад в способността за затихване след надвишаване на 10MHz. В честотната лента от 2,4 GHz PSRR на повечето обикновени LDO е по-малко от 20 dB, което прави почти невъзможно потискането на високочестотния шум. Пулсацията от 1 mV на захранващия щифт директно ще генерира 100 μV ниво на разпръснати сигнали в RF изходния терминал.
Директна модулация на RF носеща чрез шум
Широколентовият шум и превключващите хармоници на захранването ще се свържат директно с радиочестотния път през захранващите щифтове, ще се смесят с носещата вълна и директно ще влошат фазовия шум, EVM (амплитудата на вектора на грешката) и чувствителността на приемане. Измерено е, че когато шумът от захранването надвиши -50dBc, EVM производителността на PA ще намалее с повече от 15%.
Паразитна интерференция на усилване на параметъра
В RF честотната лента еквивалентната индуктивност на заземяващ проводник с дължина 1 mm е около 1nH, а индуктивността на 10 mm заземяващ проводник може да достигне 27 Ω. Шумът от отскачане на земята и паразитната индуктивност допълнително ще усилят ефекта на смущението на шума от захранването, увреждайки очакваната работна точка на RF веригата.
2. Пълна схема за елиминиране на процеса за захранващ шум на RF платка
Послоен избор и изолиране на захранващи чипове
След завършване на преобразуването на напрежението на предния край DC/DC, задният край трябва да бъде оборудван с висок PSRR RF специален LDO за захранване на най-чувствителните модули като VCO и PLL. LDO изисква PSRR не по-малко от 50 dB в честотната лента 2,4 GHz, като модели като ADP7158 и TPS7A91.
Забранено е директното захранване на RF малки сигнални вериги с DC/DC, тъй като широколентовите хармоници, генерирани на ръба на превключвателя, ще покрият директно честотния диапазон от стотици MHz до GHz, образувайки шумови клъстери, които трудно се филтрират.
Прецизно оформление на многостепенния отделящ кондензатор
Комбинацията от "кондензатор за съхранение на енергия с голям капацитет + филтриращ кондензатор със среден капацитет + високочестотен малък кондензатор" е приета: 10 μF X7R кондензатор е поставен на входа на захранването и 100nF и 10pF високочестотни NPO/MLCC кондензатори са монтирани последователно в рамките на 1 mm от щифта за захранване на чипа, покриващи честотни ленти за потискане на шума от DC до десетки GHz.
Следвайте стриктно принципа на най-късата верига: разстоянието между заземяващия щифт на кондензатора и масата на чипа е по-малко от λ/20 (около 2,5 mm при 2,4 GHz), като се избягва въвеждането на паразитна индуктивност от дълги проводници, за да се компенсира ефектът на високочестотно филтриране на кондензатора.
Насочен дросел от магнитни перли/индуктори
По пътя на разклонението на цифровото захранване и основното захранване, влизащо в радиочестотната област, се избират магнитни перли с достатъчно висок импеданс в целевата шумова честотна точка и съпротивление на постоянен ток по-малко от 0,5 Ω. Например, в сценария с 2,4 GHz, моделите с импеданс от 2,4 GHz, по-голям или равен на 500 Ω, са избрани за постигане на изолация на мощността на шума между цифровия домейн и радиочестотния домейн.
На пътя на захранването с висок ток PA, високочестотен намотаващ индуктор от 3-5nH е избран като дросел и около него е запазена забранена зона на разпределение от повече от 1 mm, за да се избегне паразитен капацитет и да се намали ефектът на филтриране.
Подреждане на печатни платки и проектиране на захранващи дялове
Препоръчва се да се използва 4-слоен или по-висок стек от "сигнален слой на пълен заземяващ слой на силовия слой", с пълен втори заземен слой, осигуряващ връщане на нисък импеданс за RF окабеляване, като същевременно изолира паразитното свързване между слоя на мощността и слоя на RF сигнала.
Възприемане на архитектура на захранване във формата на звезда: След като главният вход на захранването е равномерно филтриран, той доставя захранване към LNA, PA и VCO чрез независими разклонения на магнитни перли. Аналоговото захранване, цифровото захранване и радиочестотното захранване са напълно разделени и на различните слоеве на захранването е забранено да се припокриват в пространството, за да се избегне паразитно пресичане на капацитета.
Тествана оптимизация за проверка на затворен цикъл
Сканирайте горещите точки на шума на позициониращата платка със сонда за близко поле и използвайте спектрален анализатор, за да измерите директно шумовия спектър на захранващите щифтове на RF чипа. За точките с прекомерна честота добавете специални филтриращи кондензатори на съответните 1/4 позиции на дължина на вълната, за да постигнете прецизно намаляване на шума.