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发表于:2008-6-25 21:33:20
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浅议射频电路中的偏置,功分和衰减器

        在射频电路中,放大器应用非常的多,放大器的功能就是将直流的能量转换为射频信号的能量,所以射频放大器需要加入直流的偏置提供射频放大器的直流工作点。在频率相对低的射频电路中(GHZ以下或者是几个GHZ),一般采用高频扼流圈或者电感串在供电的线路中,为了阻断射频的信号通过直流偏置电路进入供电线路中,也起到了防止射频功率的损失。在更高的频率的射频电路中,往往采用四分之一波长线和扇形电容的提供直流的偏置。射频信号沿着四分之一波长线到电源,相当于是四分之一波长的短路线,射频信号进入四分之一波长的短路线并不会对信号功率造成损失,同时扇型电容的作用更是加强了这种作用,当线路供电线路中加入扇型电容后,只要扇型电容的角度和半径足够大,那么射频主线路中的射频的能量就很少损失。在射频电路中,有时为了测试方便,经常要加入一些测试点,测试点会极大的方便电路的调试,准确的链路各级的信号状态。但是测试点的加入要注意,在非测试模式下,尽量不影响主线路的信号的能量的传输。为了有效的作到这点,一个比较有效的方法是,把测试电路中的串连电容和主线路中测试电容共用一个焊点,当测试时,焊接测试用电容,主线路电容不焊接,可以准确检测该点的信号。当正常工作时,则需要将测试用的电容取下,焊接上主线路中的电容,测试线路不会对于主信号造成影响。在这里着重提到的是,如果不是按照上述方法,而是在主线路中分出一路微带线,如果微带线刚好是四分之一波长,那么这会对信号造成极大的损失。

        在射频放大线路中,为了有限的调节功率和提高驻波比,从而提高链路的稳定性,经常在线路中引入PI型的衰减网络。为了方便工程中的使用,特将一些常用的衰减值的网络列举出

衰减量   串连电阻   并联电阻   实际衰减量(dB)   回波损耗(dB)

  1 dB      51            820                  -0.97                          -40

  2dB      10            430                 -1.88                           -37

  3 dB      18            300                  -3                              -44

 5 dB       30            180                  -4.9                             -65

  6 dB      39          150                    -6.1                          -43.6

  8dB      50            120                  --7.68                         -56

  9dB      68            100                  -9.6                            -49

12dB      100          82                  -12.4                            -47

PI型衰减器对于线路中的功率调节起到了重要的作用,熟悉这些值对于快捷的电路调节是非常有效的。对于一些多级高增益的电路,PI型的衰减器可以有效的防止自激振荡现象。

       在射频的电路,有时需要将一路信号分成两路信号,在低频时,常采用简单的电阻功分网络实现。电阻的功分网络会对信号造成一定的衰减,损失信号的功率。最常用的时在主线路和其他两个线路中都串联18欧姆的电阻,起到功分和匹配的作用,在其他不需要等功分的场合就需要调节电阻的值来实现功率的分配。

现将一些常用到的电阻功分网络和参数列举:

主线路电阻    支路1电阻   支路2电阻    S21  S31  S11  S22  S33

18                         18                   18         -6.2   -6.2   -34   -34   -34

0                           0                      50         -1.9  -7.9   -14   -14   -14    

0                           0                     100       -1.34  -10.8   -17   -17   -7.4   

电阻网络功分并不是最有效的,确实是最简单的,在功率损耗可以接收的范围内,这样作是没有问题的,在更高频率的情况,通常采用微带的功分环来实现功分,从而保证功率损失小,驻波比高。

                  

        

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发表于:2008-6-24 23:42:42
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马上要离校了,回首三年

今天回来在宿舍的柏油路上走了走,夏日的凉风吹在身上,丝丝的凉爽一直扑到心中。

回首三年的时光,感觉的收获了很多,但是也失去了很多。

看到路上很多滑轮划的同学,身体轻盈飘过排放整齐的纸杯。曾经也有一度想学一下,但是总是忙的抽不出时间来,总是不停的忙碌,忙的不知道明天会出现在哪个地方,甚至不知道下一个时刻出现在哪里。忙碌中失去了很多的享受生活的时间,失去从休闲中享受快乐的感受,取而代之的是从工作中得到的疲劳后的喜悦。这就是我的生活方式,我生存和享受的方式。

走过宿舍小区的新建的足球场边,小小的场地上足足有上百人在挥洒着汗水,在这样小的场地上只有熟练的技术和良好的团队意识才能得分。本来我在初中的时候酒喜欢踢球,但是忙了这么多年,一直没有几次奔跑在足球场上。整个研究生期间仅仅和同班同学踢过一次。选择就意味着失去,只有认真的考虑失去了什么,你是否充分考虑你失去的,才能作出正确的选择。我的路上总有比别人更多的机会,也面临着更多的选择,当然也承受着更多的困惑。一路走来,自己感觉:选择之前应该充分考虑每个被选择的机会,掌握更多的信息,我记得听过一个人说过:“你没有作出决定,不是你的时间不够,而是你掌握的信息不够”。一旦选择了,就坚决的走下去,没有绝对的对错,因为你无法走另一种路,也无法对比两种选择。

“不抛弃,不放弃”是一种优秀的为人品德,但是也不一定是绝对的。回首三年,自己有太多的“不抛弃和不放弃”,不放弃该放弃就会占去你太多的时间,不抛弃你该抛弃的就会托得自己疲惫不堪,选择是一种放弃,而放弃也是为了选择。

经常想起深夜加班调板子的日子,每天觉得时间太短,总觉得还差一点就完成了,每天都差一点。偶尔放松的对自己说,今天可以早点回去了,可是看看表,已经十一点了。感觉自己脑子里每天有不断的新的想法迸发出来,每天都有把这些想法实现的渴望,想法->实现->想法的循环在占去了我绝大部分的时间。因此,自己总是超出别人的期望。

偶尔,真希望能够赚够了钱后,去清华再读个博士,然后去个大学教书搞科研,也许不久的未来能成为现实。

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发表于:2008-1-15 0:11:56
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最近使用开关电源的一些问题总结

【原创】  vip804@sohu.com

因为经常设计的是射频或者是低频的模拟电路,所以设计中很少用到开关电源,但是有几种情况下,必须选用开关电源,才能满足系统的性能!

1. 输入的电源电压比系统所需要的电压低,在这种情况下,系统需要升压芯片来提高输入电压,对于这种电路,如果被供电电路是敏感的模拟信号或者是射频信号,那么建议采用LC 的网络滤波,或者再采用一级LDO来降压,从而达到输出低纹波的特性。

2. 系统的电压需要负压,在这种情况下,系统需要开关电源把正压变换为负压。如果被供电电路是敏感的模拟信号或者是射频信号,那么建议采用LC 的网络滤波,或者再采用一级负压的LDO来降压,从而达到输出低纹波的特性。

3.系统的输入电压比系统所需要的电压大很多,并且系统需要的电流很大,此时若使用LDO或者三端稳压芯片,芯片上的功耗会很大,不仅降低了系统的效率,而且给系统的散热带来问题。此时可以首先使用开关电源电压降低到一个比较合适的电压,再使用LDO.

在使用的过程中还有一些问题需要注意:

一。最近使用正电到负电的变压芯片时,发现输出的负电压不足,当与负载断开时,发现电压恢复,开始怀疑时后级电路出了问题,但是当采用稳压电源供电时,负电压并没有限流,而且采用万用表的电流档测试时,发现电流只有50mA,后来发现当我把芯片输出正电的线路中串连的大电感去掉后,输出正常。所以在开关电源中,输入电压供电的线路中加入大电感,虽然在一定程度上有隔掉j交流干扰分量的作用,但是同样影响的开关电源的的正常工作。

二。开关电源虽然具有很高的效率,但是毕竟不是100%,而且开关电源芯片的热阻相对比较小,散热能力相对差,所以一定要计算系统所需的电压和电流,从而计算出系统的功耗,然后根据效率曲线计算出消耗在开关电源芯片的上功耗。通过热阻计算芯片的温度是否超过芯片能承受的温度。然后留出一定的余量的情况下,选择芯片。

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发表于:2007-4-7 22:10:54
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射频系统设计中结构和指标的若干问题1

最近的设计中在系统结构上,想了几点:

        混频器的本振功率电平和谐波问题:在一定的情况下,本振的功率越高,混频器的三阶交调节点和1dB压缩点就会相应提高,所以当输入的信号一定时,相应的三阶交调的分量和输出信号的谐波就会相应减小,但是我实测过,这也并不绝对,在调节本振功率的过程存在者一个最佳的本振功率值,当本振的功率在这个值时,输出的无用的频率分量就会相对小。 由于混频器的本身利用了非线性的特性,关于本振的谐波对于混频输出信号的影响(除去n*LO+/-RF成分),至今没有做过太多的研究。

但是本振信号大了会使得信号的,本振驱动放大器的压力增大,甚至会饱和,同时大的本振也会有更多的能量泄漏到输出端,特别对于射频和本振相近的时候,这样就增加了后端滤波器的压力。

混频器输出后,是先接滤波器还是先接放大器。这个问题我思考过,但是没有做过试验。我觉得,当先接滤波器时,无用的频率分量会反射回来,然后再次经过混频器后,进入混频器输入,信号的多次反射会造成更多频率分量产生的可能以及其他的潜在问题,但是滤波后再放大,不需要的频率分量就会得到较大的抑制,放大器的交调输出就会较小。 如果先放大再滤波,混频输出信号中的无用频率分量就会产生交调,如果有些交调落到离输出信号比较近的地方,那么滤波器的作用就会大打折扣了。但是先接放大,当无用频率分量从滤波器出反射回来的时候,由于放大器的反向隔离度比较大,所以反射回来的信号再次进入混频器的功率较比较小。

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发表于:2007-4-3 23:53:29
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与宁波的一位工程师的交流

      如何判断sma的质量?

            另外:线缆的屏蔽层的疏密程度是否也会对信号造成衰减?我始终搞不明白。

 

您好:

    SMA接头质量只能从外表上看一下,但是真正影响信号传输的(或者说成反射)的反到不是SMA接头本身,而往往是同轴线或者是电路板和SMA的连接好坏,同样的SMA接头,不同的人连接可能最后带来的驻波比大不相同,所以SMA和电路板或者是和同轴线的连接很关键,特别是频率高的时候。

屏蔽层越密,那么信号向外泄漏的越小,或者是外界泄漏进去的也越小,一般提的指标就是隔离度,好的线缆的隔离度可以做到100dB以上。现在市场买的我见到的有单层,双层,和钢性的屏蔽的同轴线,屏蔽是刚性>双层>单层,当然价格也差别很大。

本身线缆除了泄漏会损失一部分能量(一般很小),由于电磁波的趋附效应和介质损耗,也会对信号有一定的衰减,但是这个和屏蔽层没关系。

据我试验来看,通过SMA接头连接时,线损一般比较小,反而是接头的连接的质量,降低输入的驻波比,带来信号的反射从而带来信号的能量减小。

粘贴的提问内容,已经获得提问者的许可才发致BLOG中.

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发表于:2007-3-31 23:56:00
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滤波器的选型思考(续2)

【原创】  vip804@sohu.com

滤波器的选型思考(续2)

下面原理性的东西是根据一些资料的总结:

声表面波—SAWSurface Acoustic Wave)就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器(IDT)。它采用半导体集成电路的平面工艺,在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜,把设计好的两个IDT的掩膜图案,利用光刻方法沉积在基片表面,分别作为输入换能器和输出换能器。其工作原理是输入换能器将电信号变成声信号,沿晶体表面传播,输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。

SAW滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良(可选频率范围为10MHz3GHz)、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰(EMI)性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻,其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/401/30左右,且能实现多种复杂的功能。SAW滤波器的特征和优点,适应了现代通信系统设备及便携式电话轻薄小型化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之处是所需基片材料的价格昂贵,对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。

SAW滤波器在抑制电子信息设备高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰等方面起到良好的作用,可以实现任意所需精度的幅频和相频特性的滤波,这是其它滤波器难以完成的。近年来国外已将SAW滤波器片式化,重量只有0.2g;另外,由于采用了新的晶体材料和最新的精细加工技术,使SAW器件上使用上限频率提高到2.5GHz3GHz。从而促使SAW滤波器在抗EMI领域获得更广泛的应用。

我记得大学时候用的生表面滤波器的通带差损约为20dB,它作为中频135M的滤波,滤波后要加两级放大来提高信号的功率。声表滤波器的差损相对一般的滤波器比较大,但是截止特性比较好,过渡带比较小。前一段时间问了结果公司作的指标,咨询了一个80M的。他们一般会告诉你3dB带宽是多少,40dB的带宽是多少。比如她告诉我3dB带宽是4M,40dB的带宽15M,也就是对应着通带为4M,通带内的差损<3dB,在偏离中心频率7.5M的衰减大于40dB。目前的声表滤波器的频率相对较低,一般都是M级的居多。个人感觉采用声表滤波器和LC的有缺点为:对于接收后级的中频滤波,窄带信号,批量化的产品,要求截止特性很好,后级有足够的增益的情况下可以考虑采用声表面波滤波器,因为后级的差损不会影响接收机的整体噪声系数,批量化的产品使得滤波器的成本很小,同时体积相对于其他的滤波器非常的小,中频的增益一般比较好作。但是如果遇到宽带的信号,声表面滤波器比较难作,当产品数量比较小时,调试LC滤波器需要的时间相对小,成本要低。

声表面波器件除了用作滤波器外还可以作为梳妆谱发生器,来产生低频信号的高次谐波。早期的声表面器件还广泛的用于雷达脉冲模拟的线性调频和脉冲压缩技术中。

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发表于:2007-3-30 0:06:51
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线性稳压器件选择

【原创】  vip804@sohu.com

线性稳压器件选择

最近再做一个射频系统的方案,其中一部分工作就是给系统的各模块选择供电模块,对于射频系统,一般都采用线性的稳压器件提供电源。当然LDO最为首选。

系统的芯片一旦选定,按照科学的方法应该,列出全部器件的电流消耗,以及需要的电压,然后选择合适的器件。一般的系统的电流最好比稳压芯片提供的电流要小多一点,会使得系统要较好的稳定性,容易在高低温的条件下工作。我听一些搞军工的工程师说,他们甚至根据系统电流消耗低于器件额定电流的10%来选择稳压器件。

除了选择好额定电流外,还要注意,稳压芯片的最大功耗指标,一般按照 Pd=(Tj-Ta)/(ceta-j)来估算稳压芯片的最大功耗,其中Tj为器件的节温度,centa-j(希腊字母)为器件散热电阻,上述两个值可以在器件的手册上找到,Ta为环境温度,然后可以计算出最大的耗散功率。然后根据P=(Vin-Vout)×Imax来计算你的系统实际的功率消耗,当然只有当你的系统的P

接下来就是选择合适的封装,目前的稳压芯片的散热焊盘一般是地或者输出引脚。如果选择地是散热引脚的,那么往往可以将散热盘和PCB的地或者是屏蔽盒之类的金属物相固定。即增加了散热的速度也可以有效的是的地的连接更加好,也有的设计找不到合适的地作为散热焊盘芯片,这样只能通过绝缘的导热胶来将散热和PCB或者屏蔽盒固定在一起。

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发表于:2007-3-28 23:58:56
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滤波器的选型思考(续1)

vip804@sohu.com

滤波器的选型思考(续1)

我一般的设计方法,就是先根据仿真结果,现在试验板焊接对应的元器件,然后分级的调试通带和阻带。调试完后一定要注意一个问题,准确的记录你焊接到电路板上元器件的参数,不同的厂家的电容和电感,虽然标称值是一样的,但是他们在高频上表现出来的特性差别有的非常的大,在试验中深深感到这一个问题。两个电容的并联按道理上是两个电容值相加,但在滤波器设计上,这个可能会出问题。

一个比较好的解决问题的方法;就是找到你所用的器件的库,比如我用ADS仿真,找到使用的电容和电感的厂家的仿真库,然后直接采用它们库中的元件值和模型,最后的结果就比较接近实际情况。而且由于你使用的都是从库中拖出的标称值,可以轻松的购买到产品。

在LC滤波器设计中,还有一个问题就是避免使用大的电感元件,因为大的电感元件一是体积可能要大,Q值很小,对应的直流阻抗很高,所以通带的差损也高,对有用的信号的衰减大,同时也就增加了噪声系数,特别是对于前级低噪声接收部分,这是不允许的。

在调试的过程一定要注意的问题就是接地,接地对于射频的调试都是非常的关键的,接地不好可能带来问题非常的多,接地好坏,对于滤波器的性能影响非常的大,我在试验中深有体会。(待续)

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发表于:2007-3-28 0:13:49
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滤波器的选型思考

【原创】  vip804@sohu.com

滤波器的选型思考

当今半导体和通信的发展,使得射频器件集成化越来越高,很多射频器件都做成单片的芯片,价格也大幅度的降低。但是在射频的系统设计中,滤波器成为一个难以大规模集成的产品,也成为小批量设计中,成本很高射频器件,在系统中发挥的着重要的作用,所以滤波器的选型也非常的关键。

滤波器无法大规模的集成原因就是不同的系统有不同的频率规划,不同的频率规划就产生了不同的输出信号和杂散信号,而滤波器就是要滤除这些无用的频率分量,而保留有用的信号,从而提供信号的纯度,降低输出杂散。

目前的滤波器有LC滤波器,声表面波滤波器,微带滤波器,介质滤波器,腔体滤波器等

这些滤波器的种类应用的场合也不同:

LC滤波器主要用在低频的滤波,设计中有常用的若干类型,如巴特沃斯(通带最平坦,过渡平滑),切比雪夫(过渡带很窄,通带有波动),椭圆(截止特性好,对器件值的灵敏度高)等。在设计这些滤波器时,可以分结的调试,比如最为常用的椭圆滤波器,它的每一节都对应着一个频点,所以可以将电感和电容的值调节到指定的频点时再调节下一节,这样就有效的提高调试的效率。避免无从下手,乱调的麻烦。再有这些滤波器除了设计的通带外,一般在高频上都会有寄生的通带,所以设计的时候一定要注意在你设计的滤波器的寄生的通带上是否存在你要滤除的的频率分量。实际的设计和仿真可能偏差比较大,在调试过程要根据设计的情况作调整。(待续)

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发表于:2007-3-26 0:35:27
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晶振的性能小议

【原创】  vip804@sohu.com

晶振的性能小议

前端时间买了KOAN公司的一个普通晶振,今天拿到一台可以直接测试相位噪声的频谱议,测试了一下特性。

把测试结果说一下:

1. 该晶振采用3,3V供电,输出CMOS电平。频率为25M,产品说明书上频率稳定度正负20ppm,(ppm是百万分之一,也就是频率会在输出频率乘以这个值得到的频率范围内变化)。优良的晶振还会体长期的稳定度,上电稳定时间,相位噪声等。测试输出的信号注意要用交流耦合输出,因为TTL电平存在直流电压,直接接会损害仪表,切记!测试是可以看到基频能量最高,接着就是3,5,7,9次等基次谐波,其输出的功率比基频小10dB,偶次谐波会比基频低30dB以上。观测信号直到1G都很强。

从上面得出一个结论,在电路设计中,25M的数字信号可能包含丰富的频率分量,以致上G,所以我们设计电路是不能只认为它工作在25M,要充分利用传输线的理论来进行电路设计。

另外,我们可以采用取谐波的方法来实现高频的信号源,特别是奇次谐波。为我们产生高频的源提供一种思路。具体首先就是,先滤波再放大。谐波和基频具有相同的频率稳定度。

2. 测试相位噪声为 @1k -80dBC/Hz  @10k -103dBC/Hz  @100k -120dBC/Hz  @1M-126dBC/Hz ,显然这个晶振的相位噪声特性不太好。我查阅了一些较好的温补晶振,可以做到 @1k -120dBC/Hz  甚至 @1k -140dBC/Hz ,@1k -140dBC/Hz 这种体积一般会非常的大。再测试过程我发现,如果增加电源的滤波,想在会改善比较可观,所以振荡器的电源的滤波也会影响振荡器的相位噪声。

再选择晶振时,如果出现倍频和分频,就会出现相位噪声的变化,计算关系 20log(f0/fin)。所以我们可以根据系统最后要求的指标反算会晶振的相噪要求。再留出一定的余量。

任何的时钟管理芯片并不能提高源的相位噪声,好的芯片只是对于源的相位噪声的恶化要小,所以只有选择好源,才能出好的信号。

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