如何為射頻電路提供擁有一個“無噪聲”的電源

良好的電源去耦技術(shù)與嚴謹?shù)?PCB 布局、Vcc 引線(星型拓撲)相結(jié)合，能夠為任何 RF 系統(tǒng)設(shè)計奠定穩(wěn)固的基礎(chǔ)。盡管實際設(shè)計中還會存在降低系統(tǒng)性能指標的其它因素，但是，擁有一個“無噪聲”的電源是優(yōu)化系統(tǒng)性能的基本要素。以下分享 13 條關(guān)于射頻電路的電源設(shè)計要點。

(1)電源線是 EMI 出入電路的重要途徑。通過電源線，外界的干擾可以傳入內(nèi)部電路，影響 RF 電路指標。為了減少電磁輻射和耦合，要求 DC-DC 模塊的一次側(cè)、二次側(cè)、負載側(cè)環(huán)路面積最小。電源電路不管形式有多復(fù)雜，其大電流環(huán)路都要盡可能小。電源線和地線總是要很近放置。

(2)如果電路中使用了開關(guān)電源，開關(guān)電源的外圍器件布局要符合各功率回流路徑最短的原則。濾波電容要靠近開關(guān)電源相關(guān)引腳。使用共模電感，靠近開關(guān)電源模塊。

(3)單板上長距離的電源線不能同時接近或穿過級聯(lián)放大器(增益大于 45dB)的輸出和輸入端附近。避免電源線成為 RF 信號傳輸途徑，可能引起自激或降低扇區(qū)隔離度。長距離電源線的兩端都需要加上高頻濾波電容，甚至中間也加高頻濾波電容。

(4)RF PCB 的電源入口處組合并聯(lián)三個濾波電容，利用這三種電容的各自優(yōu)點分別濾除電源線上的低、中、高頻。例如：10uf，0.1uf，100pf。并且按照從大到小的順序依次靠近電源的輸入管腳。

(5)用同一組電源給小信號級聯(lián)放大器饋電，應(yīng)當(dāng)先從末級開始，依次向前級供電，使末級電路產(chǎn)生的 EMI 對前級的影響較小。且每一級的電源濾波至少有兩個電容：0.1uf，100pf。當(dāng)信號頻率高于 1GHz 時，要增加 10pf 濾波電容。

(6)常用到小功率電子濾波器，濾波電容要靠近三極管管腳，高頻濾波電容更靠近管腳。三極管選用截止頻率較低的。如果電子濾波器中的三極管是高頻管，工作在放大區(qū)，外圍器件布局又不合理，在電源輸出端很容易產(chǎn)生高頻振蕩。

線性穩(wěn)壓模塊也可能存在同樣的問題，原因是芯片內(nèi)存在反饋回路，且內(nèi)部三極管工作在放大區(qū)。在布局時要求高頻濾波電容靠近管腳，減小分布電感，破壞振蕩條件。

(7)PCB 的 POWER 部分的銅箔尺寸符合其流過的最大電流，并考慮余量(一般參考為 1A/mm 線寬)。

(8)電源線的輸入輸出不能交叉。

(9)注意電源退耦、濾波，防止不同單元通過電源線產(chǎn)生干擾，電源布線時電源線之間應(yīng)相互隔離。電源線與其它強干擾線(如 CLK)用地線隔離。

(10)小信號放大器的電源布線需要地銅皮及接地過孔隔離，避免其它 EMI 干擾竄入，進而惡化本級信號質(zhì)量。

(11)不同電源層在空間上要避免重疊。主要是為了減少不同電源之間的干擾，特別是一些電壓相差很大的電源之間，電源平面的重疊問題一定要設(shè)法避免，難以避免時可考慮中間隔地層。

(12)PCB 板層分配便于簡化后續(xù)的布線處理，對于一個四層 PCB 板(WLAN 中常用的電路板)，在大多數(shù)應(yīng)用中用電路板的頂層放置元器件和 RF 引線，第二層作為系統(tǒng)地，電源部分放置在第三層，任何信號線都可以分布在第四層。

第二層采用連續(xù)的地平面布局對于建立阻抗受控的 RF 信號通路非常必要，它還便于獲得盡可能短的地環(huán)路，為第一層和第三層提供高度的電氣隔離，使得兩層之間的耦合最小。當(dāng)然，也可以采用其它板層定義的方式(特別是在電路板具有不同的層數(shù)時)，但上述結(jié)構(gòu)是經(jīng)過驗證的一個成功范例。

(13)大面積的電源層能夠使 Vcc 布線變得輕松，但是，這種結(jié)構(gòu)常常是引發(fā)系統(tǒng)性能惡化的導(dǎo)火索，在一個較大平面上把所有電源引線接在一起將無法避免引腳之間的噪聲傳輸。反之，如果使用星型拓撲則會減輕不同電源引腳之間的耦合。

審核編輯 黃昊宇