射頻PCB中的巴倫是什么

在RF PCB設(shè)計(jì)話題中經(jīng)常會(huì)提到一個(gè)術(shù)語——巴倫，但有時(shí)候它的作用或?yàn)槭裁葱枰赡懿⒉磺宄?。在RF PCB設(shè)計(jì)中，有時(shí)需要同時(shí)進(jìn)行阻抗匹配和平衡/不平衡信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。這就是巴倫派上用場(chǎng)的時(shí)候。

如果您想更詳細(xì)地了解什么是平衡不平衡變壓器（balun），請(qǐng)繼續(xù)閱讀，因?yàn)檫@是一個(gè)內(nèi)容豐富的話題。對(duì)于balun的一些描述可能相當(dāng)深?yuàn)W或過于簡(jiǎn)單，因此我將盡力簡(jiǎn)潔地闡述，并將其與大多數(shù)設(shè)計(jì)師熟悉的PCB設(shè)計(jì)概念聯(lián)系起來。希望您能獲得足夠的背景信息，以選擇您的balun并將其納入您的PCB布局中。

Chrent什么是Balun？

非常簡(jiǎn)單地說，平衡不平衡變換器（balun）是一種將不平衡（單端）的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡（差分）交流信號(hào)的設(shè)備。平衡不平衡變換器可以采取多種形式，盡管最常用于低頻射頻信號(hào)（例如，CATV和電視天線）的是簡(jiǎn)單的變壓器或一組耦合電感。通過在單端射頻輸入信號(hào)和差分信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，信號(hào)可以輸入到差分接收器、偶極天線或其他差分操作組件中。

以下是一些在常見射頻系統(tǒng)中可以找到的平衡不平衡變壓器（baluns）的例子：

- 簡(jiǎn)單變壓器。這可能是最簡(jiǎn)單的平衡不平衡變換器（balun）類型，但它也是最笨重的。

- 中心抽頭變壓器。這是一個(gè)更好的變壓器balun選項(xiàng)。變壓器上的中心抽頭為平衡信號(hào)提供了共享的參考網(wǎng)。balun兩側(cè)的阻抗取決于未抽頭側(cè)與一半抽頭側(cè)之間的匝數(shù)比。

- LC電路中的耦合。你可以通過利用LC電路中反應(yīng)元件之間的耦合，創(chuàng)建一個(gè)實(shí)際上具有與中心抽頭變壓器相同的阻抗變換功能的電路。這是一個(gè)更復(fù)雜的話題，涉及到LC電路中的仿真。

- 分布式balun設(shè)計(jì)。這些balun設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，因?yàn)樗鼈兝昧擞∷⒃赑CB上的走線之間的耦合阻抗。類似的結(jié)構(gòu)也用于在集成電路中放置balun。

我列出的最后一種平衡不平衡變壓器（balun）涵蓋了需要在印刷電路板（PCB）上仔細(xì)布局印刷元件的大范圍設(shè)計(jì)。這是射頻PCB設(shè)計(jì)中大多數(shù)設(shè)計(jì)師可能覺得深?yuàn)W的一個(gè)方面。幸運(yùn)的是，微波工程教科書和研究文獻(xiàn)中有許多設(shè)計(jì)，為平衡不平衡變壓器設(shè)計(jì)提供了一個(gè)良好的起點(diǎn)。下面的圖片展示了兩個(gè)變壓器平衡不平衡變壓器和一個(gè)可以印刷到PCB上的簡(jiǎn)單四分之一波長(zhǎng)平衡不平衡變壓器。

平衡不平衡變壓器示例。上和中：兩個(gè)變壓器平衡不平衡變壓器。下：四分之一波長(zhǎng)平衡不平衡變壓器。

巴倫在被動(dòng)放大器、頻率倍增器、相移器、調(diào)制器和偶極天線饋線中有其應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，巴倫執(zhí)行兩個(gè)重要功能。

阻抗匹配

巴倫的一個(gè)重要功能是在巴倫的平衡端和不平衡端之間提供阻抗匹配。例如，在變壓器巴倫中，這可以通過選擇適當(dāng)?shù)脑褦?shù)比來完成，或者說是選擇初級(jí)線圈和次級(jí)線圈電感的比率。理想的巴倫將具有返回?fù)p耗S11 = 負(fù)無窮大。

隔離

因?yàn)槠胶獠黄胶庾儔浩鳎╞aluns）通過電或磁耦合傳輸功率，它們?cè)谄胶夂筒黄胶庑盘?hào)之間提供了一定的自然隔離。只要平衡不平衡變壓器設(shè)計(jì)得當(dāng)，這就很好地幫助隔離了balun兩側(cè)之間傳遞的輻射型電磁干擾（EMI）。如果信號(hào)被輸入到一個(gè)差分接收器中，balun的平衡端還具有高共模噪聲免疫性。

Chrent如何在RF PCB中布局平衡不平衡變壓器

在RF PCB布局中使用平衡不平衡變壓器有兩個(gè)挑戰(zhàn)：布局平衡不平衡變壓器本身，以及布局不平衡和平衡線路。遵循您在其他RF PCB中使用的相同策略：

- 在電路塊之間提供隔離，例如使用通孔柵欄或電磁帶隙結(jié)構(gòu)（EBGs）

- 盡量使用較短的走線并在需要時(shí)匹配阻抗

- 嘗試將布局分格，以便不同的功能塊位于電路板上的不同位置

TRANSLATE:

在偶極天線饋線上使用時(shí)，將巴倫放置在接地平面區(qū)域的邊緣，并將平衡輸出直接引至天線。這通常在倒F天線或其他微帶天線上進(jìn)行。反過來，如使用單極天線或同軸連接（即，帶有U.FL連接器的不平衡天線），無論如何都應(yīng)該在接地平面上進(jìn)行。為了提供高隔離度，可以在饋線周圍以及天線區(qū)域與其他電路之間放置接地保護(hù)通孔。

帶有巴倫的示例Wifi天線在饋線上。

[來源 https://e2e.ti.com/support/wireless-connectivity/other-wireless-group/other-wireless/f/other-wireless-technologies-forum/549115/cc2541-balun-and-antenna-design---design-check]

來源：altium

作者：Zachariah Peterson