扫码关注
有一件事是肯定的：电源设计可能比简单地将直流电源线连接到您的组件要复杂得多。RF 电源设计需要特别小心，以确保它们能够正常工作，而不会在系统各部分之间传递过多的噪声，由于涉及的高功率水平，这使得这变得更加困难。除了仔细布局之外，还需要设计电路，以便系统为系统的每个子部分提供高效的电源转换和传输。
超大功率系统仍在设计中使用可能连接在大型外壳或机柜中的分立元件，但较小的功率系统可以通过一些更新的元件和功率调节策略放置在 PCB 上。这些系统中的挑战分为两个主要领域：
FET 和放大器中的热量产生，这促使使用SiC 上的 GaN 等先进半导体进行射频放大
可能允许高功率沿电源线泄漏到附近电路中的寄生效应，这需要仔细布局和布线
当为电源电路选择组件并将其放入原理图时，第一点发生在前端。上面的第二点是布局和布线变得更加重要的地方。我们将在本文中介绍这两个领域，以便新的 RF 设计人员可以在布线之前完成他们的堆叠和布局。
从电路设计的角度来看，RF 电源需要一些与任何其他用于直流系统的电源相同的调节和过滤级。射频电源的主要作用是以感兴趣的频率为射频系统提供电源，其中包括用于生成和调节射频信号的标准组件（振荡器、有源滤波器、放大器等）。电源还需要能够响应调制。除了适应调制之外，RF 电源设计还应具有与典型 RF 电路板相同的一些要求，即高频下的低损耗，以及足够高的温度额定值和热特性。
下面的框图从高层次上显示了如何在高频下产生射频功率。
射频电源也反向运行，它们接收射频信号并将其整流为直流电压。这需要构建一个 RF 整流器电路，我们不会在本文中过多讨论它，因为它可能会涉及更多内容。相反，我们将专注于射频采购方面。
稳压器和滤波器
需要以高频（即高 MHz 或 GHz）供电的射频电源通常由分立元件构成。但是，您可以将上述所有部分放在同一个板上。第一步是稳压器选择和滤波器设计。在上面的框图中，需要构建高阶滤波器和开关稳压器以遵循任何调制信号的包络（对于 AM 输出），或者在基带频率调制其输出（对于 FM 输出）。这可能需要您的设计采用多相、多级拓扑；
在选择任何下游稳压器（这些可能是开关或 LDO）时，请注意效率。如果您使用的是 LDO，则电压差不应太高，因为这会降低 LDO 上的大量功率，并且组件的高热阻会导致其迅速升温至高于其额定温度。在我公司最近制造的一个原型中，我们选择了通过外壳进行传导冷却的 LDO。如果您需要大幅降低电压，则应使用开关稳压器并应用另一个更高阶的滤波器，以确保为 VDD 端口、VGG 端口和振荡器提供低噪声。
如何处理地
就像任何其他混合信号设计一样，不要尝试通过分路接地来将您的开关稳压器输出（如果您使用的是一个）与 RF 部分电隔离。当单端数字信号通过接地层的间隙路由时，您将产生相同类型的 EMI 问题。这是混合信号系统中的常见错误，假设开关稳压器的输出为纯直流，在射频系统中很容易犯同样的错误。即使使用包络跟踪，您仍然会在基带频率上绘制时间平均功率，这可能是数十或数百 MHz 的数量级。
保持均匀接地并练习良好的布局，同时保持共面线上的阻抗控制，而不是试图采取简单的路线并拆分接地层。如果您可以将射频组件放置在自己的部分中，并将直流/稳压组件放置在自己的部分中，只要您可以正确跟踪返回路径，就可以防止它们之间的干扰。
叠层设计和材料选择
在设计叠层时，您需要考虑稳压器的工作频率和板上射频线的长度。对于更长的射频线路，您需要使用低损耗层压板，可能是PTFE 层压板。没有长线布线的射频电源，或者如果您只是不担心损耗，您通常可以使用 FR4 层压板作为叠层材料。兼顾低损耗和低成本的一种方法是使用混合叠层和低损耗电介质来支持您的射频线路。
只要您还在表面层上布线 RF 线，就可以在 4 层板上完成上述电源轨布线示例。您还可以使用统一的接地和电源平面从稳压器部分向组件提供电源，并在表层上布线射频线以保持 4 层板。这是在表面层使用低损耗 PTFE 的混合叠层的好方法。但是，您可以在此板上可靠实现的唯一隔离来自布线中的共面性，即来自您放置在 RF 线和组件周围的通孔栅栏，以防止电路板部分之间的噪声耦合。
当您需要使用更高功率同时还提供高隔离度时，您还可以将 6 层或 8 层叠层用于此类设计。例如，您可以使 L3 成为两个 GND 平面（在 L2/L4 上）之间共面 RF 线的信号层，然后在 L5 上通电，并可能在表面层或 L6 上路由您可能需要的任何其他信号（见下文） . 这对于需要大量隔离的高功率设计更好，因为接地层将提供层间屏蔽。
通过在设计的不同部分之间提供隔离，您可以帮助防止允许噪声传播到输出的寄生耦合类型。电源的输出应具有足够低的噪声和失真，以便为其他组件提供干净的电源。在这种类型的设计中有两个主要的噪声源：
来自开关稳压器的噪声或嘈杂的直流输入。
噪声从输出耦合回放大器输入
这两点都可以通过此处提到的叠层设计技巧以及将噪声部分智能放置在远离射频输出部分的位置来解决。第二点在较高频率下更具挑战性，通过耦合回放大器级的输入，可以看到射频输出经历正反馈。路由和过滤也非常重要，因为它们可以帮助提供额外的隔离和消除噪音。
布局和布线
设计的这两个方面至关重要，因为您需要抑制我在上述两点中提到的噪声问题。将射频走线从振荡器穿过放大器，并作为接地共面波导（在表面或内部层上）连接到输出，以确保有一定的隔离。不要使用保护走线来提供任何屏蔽，因为它们会产生更多的噪声耦合；仅使用您为共面线计算的通孔栅栏样式。此外，如果您在内部层上进行布线，请确保通过分析您的通孔存根来确定是否需要反钻。
输出可能需要的任何其他调节取决于电源的功能。它会直接路由到天线还是 SMA/u.FL 同轴线？通常将 RF 输出通过滤波器（BAW 或 SAW 滤波器），但在选择组件时要小心，因为芯片封装的 BAW 和 SAW 滤波器不能总是接受某些 RF 电源中使用的高 RF 功率。
RF Out 网络上可能需要的另一个组件包括一个隔离器/循环器，以防止任何反射返回到放大器。您可以在输出端使用一些 SMD 隔离器，如果您通过 RF 实现供电或将 RF 输出直接发送到天线，这一点尤其重要。
如果您确实需要通过外部 RF 模块路由任何信号，您可以放置 SMD u.FL 或 SMA 连接器来进行这些连接。如果您的功率水平超过板上等效 SMD/通孔组件的允许值，您可以根据需要将信号从板上通过模块取出并返回到板上。
总之
虽然射频功率放大器和电源设计通常由分立的滤波器元件构建而成，但更新的组件允许您在外形尺寸方面非常激进，并将其中的许多元件整合到一块板上。当然，请务必咨询您的制造商关于您的叠层，以确保它可以作为混合板制造。还要确保在传输线设计中考虑铜粗糙度和介电色散，以确保您的射频传输线阻抗具有典型的 50 欧姆值。
声明：本文转载自网络，如涉及作品内容、版权和其它问题，请于联系工作人员，我们将在第一时间和您对接删除处理!
