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1、大连理工大学信息与通信工程学院大连理工大学信息与通信工程学院大连理工大学信息与通信工程学院大连理工大学信息与通信工程学院射频技术部分射频技术部分第四章第四章第四章第四章射频电路设计要点射频电路设计要点射频电路设计要点射频电路设计要点刘军民刘军民2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民2/CH41 射频电路特点射频电路特点在射频电路中，由于电路工作频率较高，必须考虑相位偏移、噪声、损耗、匹配等问题。射频电路和低频电路在设计上的不同之处：在射频电路中，由于电路工作频率较高，必须考虑相位偏移、噪声、损耗、匹配等问题。射频电路和低频电路在设计上的不同
2、之处：（1）分布参数；（）分布参数；（2）趋肤效应；（）趋肤效应；（3）传输线设计；）传输线设计；2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民3/CH41 射频电路特点射频电路特点1.1 分布参数分布参数 集总参数集总参数-低频电路设计元件看成集总参数元件，电阻、电容和电感由自身特性决定，不受其它元件影响。低频电路设计元件看成集总参数元件，电阻、电容和电感由自身特性决定，不受其它元件影响。 分布参数分布参数-射频电路设计分布参数元件附近空间内分布有电磁场，其特性受周围环境的影响。射频电路设计分布参数元件附近空间内分布有电磁场，其特性受周围环境的影
3、响。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民4/CH41 射频电路特点射频电路特点举例举例如果分布电容如果分布电容C=1pF，可以计算频率分别是，可以计算频率分别是 2kHz，2MHz，2GHz时的容抗：（时的容抗：（1）2kHz时：容抗时：容抗=79.6M欧姆（欧姆（2）2MHz时：容抗时：容抗=79.6k欧姆（欧姆（3）2GHz时：容抗时：容抗=79.6欧姆欧姆分布电容会影响射频元件的阻抗并改变电路特性！分布电容会影响射频元件的阻抗并改变电路特性！2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民
4、5/CH41 射频电路特点射频电路特点1.2 趋肤效应趋肤效应趋肤效应：电流集中在导体表层区域，导致有效 导电面积减小，使导体的交流电阻增加。在射频 电路中，趋肤效应更加显著，需要特别注意。趋肤效应：电流集中在导体表层区域，导致有效 导电面积减小，使导体的交流电阻增加。在射频 电路中，趋肤效应更加显著，需要特别注意。在低频电路中工作良好的导线，在射频电路中会 因为太高的分布电感呈现较高的阻抗，为此，可 为射频元件表面做镀金或银处理。在低频电路中工作良好的导线，在射频电路中会 因为太高的分布电感呈现较高的阻抗，为此，可 为射频元件表面做镀金或银处理。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究
5、所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民6/CH41 射频电路特点射频电路特点1.3 传输线设计传输线设计在射频段，普通导线不能用来传输信号。一般采用在射频段，普通导线不能用来传输信号。一般采用 “传输线传输线”把能量从一点传输到另一点。传输线属于导行系 统，多以把能量从一点传输到另一点。传输线属于导行系 统，多以TEM导波的方式传送电磁波能量或信号。传输线的特点是其横向尺寸远小于其上信号的工作波长。导波的方式传送电磁波能量或信号。传输线的特点是其横向尺寸远小于其上信号的工作波长。传输线的结构取决于工作频率和用途，主要的结构型 式有平行双导线、同轴线、带状线及工作于准传输线的结构取决于工
6、作频率和用途，主要的结构型 式有平行双导线、同轴线、带状线及工作于准TEM波的微带线等。波的微带线等。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民7/CH41 射频电路特点射频电路特点传输线具有分布参数特性，导体上存在有损耗电阻传输线具有分布参数特性，导体上存在有损耗电阻R、 电感、 电感L，导体间存在着电容，导体间存在着电容C和漏电导和漏电导G。对于均匀传输线，取其上一无限小线元，则此线元可视为集总参数电路。对于均匀传输线，取其上一无限小线元，则此线元可视为集总参数电路。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术
7、研究所刘军民刘军民8/CH41 射频电路特点射频电路特点1.3.1 传输线效应传输线效应反射反射如果一根走线没有被正确终结如果一根走线没有被正确终结(终端匹配终端匹配)，那么来自于驱动端的信号脉冲在接收端被反 射，从而引发不可预期的效应，使信号轮廓失 真。当失真变形非常显著时可导致多种错误， 引起设计失败。同时，失真变形的信号对噪声 的敏感性增加了，也会引起设计失败。，那么来自于驱动端的信号脉冲在接收端被反 射，从而引发不可预期的效应，使信号轮廓失 真。当失真变形非常显著时可导致多种错误， 引起设计失败。同时，失真变形的信号对噪声 的敏感性增加了，也会引起设计失败。2011-3-9信息与通信工
8、程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民9/CH41 射频电路特点射频电路特点1.3.2 传输线效应传输线效应延时和时序错误延时和时序错误 信号延时和时序错误表现为：信号在逻辑电平 的高与低门限之间变化时保持一段时间信号不 跳变。过多的信号延时可能导致时序错误和器 件功能的混乱。信号延时和时序错误表现为：信号在逻辑电平 的高与低门限之间变化时保持一段时间信号不 跳变。过多的信号延时可能导致时序错误和器 件功能的混乱。 通常在有多个接收端时会出现问题。电路设计 者必须确定最坏情况下的时间延时以确保设计 的正确性。通常在有多个接收端时会出现问题。电路设计 者必须确定最坏情况
9、下的时间延时以确保设计 的正确性。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民10/CH41 射频电路特点射频电路特点1.3.3 传输线效应传输线效应多次跨越逻辑电平多次跨越逻辑电平信号在跳变的过程中可能多次跨越逻辑电平门限从而导致这一类型错误的发生。多次跨 越逻辑电平门限错误是信号振荡的一种特殊的 形式，即信号的振荡发生在逻辑电平门限附 近，多次跨越逻辑电平门限会导致逻辑混乱。信号在跳变的过程中可能多次跨越逻辑电平门限从而导致这一类型错误的发生。多次跨 越逻辑电平门限错误是信号振荡的一种特殊的 形式，即信号的振荡发生在逻辑电平门限附 近，多次跨
10、越逻辑电平门限会导致逻辑混乱。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民11/CH41 射频电路特点射频电路特点1.3.4 传输线效应传输线效应过冲与下冲过冲与下冲过冲与下冲来源于走线过长或者信号变化太快两方面的原因。虽然大多数元件接收端有 输入保护二极管保护，但有时这些过冲电平会 远远超过元件电源电压范围，损坏元器件。过冲与下冲来源于走线过长或者信号变化太快两方面的原因。虽然大多数元件接收端有 输入保护二极管保护，但有时这些过冲电平会 远远超过元件电源电压范围，损坏元器件。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信
11、技术研究所刘军民刘军民12/CH41 射频电路特点射频电路特点1.3.5 避免传输线效应的措施避免传输线效应的措施 严格控制关键线路的走线长度严格控制关键线路的走线长度 合理规划走线的拓扑结构合理规划走线的拓扑结构 菊花链菊花链(Daisy Chain)布线和星形布线和星形(Star)分布。分布。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民13/CH42 射频电路设计射频电路设计2.1 基本考虑基本考虑（l）良好的选择性：良好的选择性：要从空间无数的无线电波干扰中选出所需的信号，接收机必须有良好的选择性。要从空间无数的无线电波干扰中选出所需的信号
12、，接收机必须有良好的选择性。（2）噪声满足所需要的线性范围：噪声满足所需要的线性范围：移动信号的电平一般都有一定的变化范围，在小信号输入时特别要注意放大器的低噪声特性，当输入大信号时对器件的线性度有很高要求以避免器件饱和。移动信号的电平一般都有一定的变化范围，在小信号输入时特别要注意放大器的低噪声特性，当输入大信号时对器件的线性度有很高要求以避免器件饱和。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民14/CH42 射频电路设计射频电路设计（3）（3）接收电路对杂散信号有良好的抑制能力。接收电路对杂散信号有良好的抑制能力。接收电路一般采用外差式结构
13、和频率合成技术，在经过多次频率变换后杂散信号有可能混入所需的信号中形成干扰。为此，必须对杂散信号分量进行抑制和滤除。接收电路一般采用外差式结构和频率合成技术，在经过多次频率变换后杂散信号有可能混入所需的信号中形成干扰。为此，必须对杂散信号分量进行抑制和滤除。（4）（4）射频级必须低功耗。射频级必须低功耗。对于接收机来讲，射频部分往往是常开的，为了延长工作时间必须尽量减小前端功耗。对于接收机来讲，射频部分往往是常开的，为了延长工作时间必须尽量减小前端功耗。（5）本振信号必须有很低的相位噪声。本振信号必须有很低的相位噪声。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研
14、究所刘军民刘军民15/CH42 射频电路设计射频电路设计相位噪声：相位噪声：在偏离载波固定位置处（在偏离载波固定位置处（fn），单位带宽 内的噪声功率（），单位带宽 内的噪声功率（Pn）与信号总功率（）与信号总功率（Ps）的比值。）的比值。fofo+ fPsPnfHzdBcPPfLsn/lg10)( =2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民16/CH42 射频电路设计射频电路设计2.2 信号完整性原理信号完整性原理在完成射频/微波通信系统电路在完成射频/微波通信系统电路原理设计原理设计以后，电路的以后，电路的具体实现具体实现是需要面对的更加
15、重要的问题。射频/微波发射机与接收机的整体设计不但需要对每个电路单元进行设计，还需要对电路整体系统进行考虑。是需要面对的更加重要的问题。射频/微波发射机与接收机的整体设计不但需要对每个电路单元进行设计，还需要对电路整体系统进行考虑。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民17/CH42 射频电路设计射频电路设计2.3 信号完整性原理信号完整性原理主要的信号完整性问题包括反射、振铃、地弹、串 扰等。高速系统设计中需要考虑的问题包括：电源分配系 统;传输线及其相关的设计规则，串扰及其消除，电磁干 扰等。主要的信号完整性问题包括反射、振铃、地弹、串
16、 扰等。高速系统设计中需要考虑的问题包括：电源分配系 统;传输线及其相关的设计规则，串扰及其消除，电磁干 扰等。破坏了信号完整性将直接导致信号失真、定时错误， 以及产生不正确数据、地址和控制信号，从而造成系统误 工作，甚至导致系统崩溃。破坏了信号完整性将直接导致信号失真、定时错误， 以及产生不正确数据、地址和控制信号，从而造成系统误 工作，甚至导致系统崩溃。2011-3-9信息与通信工程学院通信技术研究所信息与通信工程学院通信技术研究所刘军民刘军民18/CH42 射频电路设计射频电路设计2.4 信号完整性的影响信号完整性的影响信号的振铃由线上过度的电感和电容引起，信号完整性问题通常发生在周期信号中，在电路中有大的电流涌动时会引起地弹，大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的瞬态电流在芯片与 板的电源平面流过，芯片封装与电源平面的电感和电阻 会引发电源噪声，这样会在真正的地平面上产生电压的 波动和变化。负载电容
