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阻抗匹配有烦恼?

阻抗匹配有烦恼?
  • 产品名称:阻抗匹配有烦恼?
  • 产品简介:摘要:阻抗控制在硬件设计中是一个比较重要的环节,IC厂商针对其应用一般会向终端产商提供PCB板材质、PCB叠层、PCB板厚等一些相关参考设计建议(这些都是跟PCB阻抗控制设计息息相关的),终端厂商在拿到这些资料后,会结合实际情况据此进行本地化的设计调整,

产品介绍:

  摘要:阻抗控制在硬件设计中是一个比较重要的环节,IC厂商针对其应用一般会向终端产商提供PCB板材质、PCB叠层、PCB板厚等一些相关参考设计建议(这些都是跟PCB阻抗控制设计息息相关的),终端厂商在拿到这些资料后,会结合实际情况据此进行本地化的设计调整,然后将相关设计资料及要求提供给PCB的生产厂家进行PCB生产。

  阻抗控制在硬件设计中是一个比较重要的环节,IC厂商针对其应用一般会向终端产商提供PCB板材质、PCB叠层、PCB板厚等一些相关参考设计建议(这些都是跟PCB阻抗控制设计息息相关的),终端厂商在拿到这些资料后,会结合实际情况据此进行本地化的设计调整,然后将相关设计资料及要求提供给PCB的生产厂家进行PCB生产。

  针对不同信号系统有不同的特征阻抗值,比如75ohm、100ohm、90ohm、50ohm等,而对频率较高的RF信号来讲,最常见的是50ohm的阻抗控制。

  在实际的PCB设计中,RF传输线通常都会采用微带线和带状线的走线方式, 且需要选取参考层来进行阻抗控制。考虑到芯片的RF特性、实际PCB生产工艺、及元器件用料的因素,除了需进行PCB RF传输线的阻抗控制外,在硬件设计上通常还需添加一些匹配网络电路用作RF的调试凯时在线平台官网,一般说来,其作用大概为以下几种:

  射频工程师大都遇到过匹配阻抗的问题,通俗的讲,阻抗匹配的目的是确保能实现信号或能量从“信号源”到“负载”的有效传送凯时在线平台官网,其最最理想模型当然是希望Source端的输出阻抗为50欧姆,传输线欧姆,Load端的输入阻抗也是50欧姆,一路50欧姆下去,这是最理想的。

  然而实际情况是:源端阻抗不会是50ohm,负载端阻抗也不会是50ohm,这个时候就需要若干个阻抗匹配电路,而匹配电路就是由电感和电容所构成,这个时候我们就需要使用电容和电感来进行阻抗匹配电路调试,以达到RF性能最优。

  要用电感电容解决高频的性能问题,那我们就需要先了解下电容和电感这些器件在高频的特性。

  翻一翻以前的物理课本,对电容器,是用平板表面积与平板间距的比值来定义其容量:

  但在高频信号通过时,电容器平板间的实际电介质存在损耗(也就是板间有传导电流流动),所以,电容器的阻抗需要表示成电导和电纳的并联组合:

  而对电感而言,在射频电路中经常使用的电感为线圈结构,其线圈是用导线在圆柱体上绕制而成,线圈除了具有与频率无关的电阻之外,它还存在一个“电感”,而临近的绕圈间存在着分离的移动电荷,所以它还存在一个寄生旁路“电容”。

  在高频时,电容器中的电介质产生了损耗,所以电容器在谐振点前,呈现的阻抗特性与频率成反比;而对电感器而言,当频率接近谐振点时,高频电感的阻抗迅速提高,当频率继续提高时,寄生电容C的影响成为主要的,线圈阻抗逐渐降低。

  所以,一个实际电感或者电容并不能简单用电感量或电容量来衡量,而应该将其当成寄生旁路电容C、串联电阻R、寄生电感L的综合效应,这个时候通过一个等效网络去模拟要更为合理,当然,具体使用时,有时还需考虑集总参数和分布参数电路模型。

  Smith圆图上可以反映出如下信息: 阻抗参数Z,导纳参数Y,品质因子Q,反射系数,驻波系数,噪声系数,增益,稳定因子,功率,效率,频率信息等抗等参数。

  1.上半圆阻抗为感抗,下半圆阻抗为容抗;2.实轴为纯电阻,单位圆为纯电抗;

  3.实轴的右半轴皆为电压波腹点(除开路点),左半轴皆为电压波节点(除短路点);

  导纳圆图与阻抗圆图互为中心对称,同一张圆图,即可以当作阻抗圆图来用,也可以当作导纳圆图来用,但是在进行每一次操作时,若作为阻抗圆图用则不能作为导纳圆图。

  在负载之前串联或并联一个可变电感/电容,电路图如图7左侧4个图所示,将得到Smith圆图上右侧的几条曲线。对应Smith阻抗圆及导纳圆,其运动轨迹如下:

  1 .电感/电容值不要过小,原因是要维持匹配的稳定性,因为电感/电容值会有误差,以电容为例子,大概有0.1pF的误差,如果是一个容值为 0.3pF的电容,则误差高达33%,其容值范围为0.2pF~0.4pF,这可能会导致每片PCB的Tx/Rx Performance不一致,进而影响工厂量产时的良率。2. 落地电容值不要过大,是因为依照容抗公式:

  3.电感/电容值不要过于冷门,原因是方便备料。若是常见的值,则所有厂家都会有,量产过程中,避免出现厂家缺料的情况。

  对于靠近PA或者DUP等射频前端器件的匹配网络大家都会预留,但在一些物联网产品设计中,由于产品尺寸较小又需要设计PCB板载天线,有些工程师为了节省空间而省掉了靠近天线端的匹配网络,从而导致在RF性能的优化过程中或者认证要求的杂散测试中束手无策,造成产品开发周期加长或者硬件设计的改版,得不偿失。

  因此,在实际的电路设计中,还是建议预留匹配电路,不管是射频前端还是后端的部分凯时在线平台官网。另外,还存在这样的一种可能,在将靠近天线端的匹配网络作为“天线”的一部分进行调试时,虽然驻波比得到了优化,但天线系统的效率反而会降低。所以,在整机环境较为恶劣的情况下,仅仅想依靠匹配网络的调整去提升整机的无线性能会有一定的难度,而且会存在杂散超标的风险。

  调整匹配电路虽然能降低反射,但同样会引入损耗凯时在线平台官网,为了优化性能多增加元器件,还有可能在生产制程上增加一些SMT issue的风险。端部止动装置凯时在线平台官网归一化阻抗核素扫描机反相器

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