จะกำจัดเสียงรบกวนจากพลังงานของบอร์ด RF ได้อย่างไร? เหตุใดวงจร RF จึงไวต่อแหล่งจ่ายไฟ?

วงจร RF มีความไวอย่างมากต่อแหล่งจ่ายไฟ โดยแกนกลางมีความแตกต่างอย่างมากระหว่างขนาดของสัญญาณการทำงานกับสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ และสัญญาณรบกวนจะถูกมอดูเลตไปยังตัวพา RF โดยตรงได้อย่างง่ายดาย การขจัดสัญญาณรบกวนจากพลังงานจำเป็นต้องสร้างระบบแยกและปราบปรามที่สมบูรณ์จากหลายมิติ รวมถึงการเลือกอุปกรณ์ เค้าโครง PCB และการออกแบบสถาปัตยกรรม

1. สาเหตุหลักที่ทำให้วงจร RF มีความไวต่อแหล่งจ่ายไฟ
ระดับสัญญาณมีความเปรียบต่างอย่างมาก
สัญญาณที่เป็นประโยชน์ของลิงก์รับ RF มักจะต่ำถึงระดับ μ V ในขณะที่สวิตช์บกพร่องและสัญญาณรบกวนระลอกคลื่นบนรางจ่ายไฟของวงจรดิจิทัลสามารถเข้าถึงระดับ mV ได้อย่างง่ายดาย โดยมีความแตกต่างของแอมพลิจูดมากกว่า 120dB ระหว่างทั้งสอง สัญญาณรบกวนจากพลังงานเพียงเล็กน้อยก็เพียงพอที่จะรบกวนสัญญาณ RF ที่อ่อนแอได้อย่างสมบูรณ์

อัตราส่วนการปฏิเสธพาวเวอร์ซัพพลาย (PSRR) ความล้มเหลวความถี่สูง
PSRR ของชิปจ่ายไฟทั่วไปทำงานได้ดีในช่วงความถี่ต่ำเท่านั้น โดยความสามารถในการลดทอนจะลดลงอย่างรวดเร็วหลังจากเกิน 10MHz ในย่านความถี่ 2.4GHz PSRR ของ LDO ทั่วไปส่วนใหญ่จะน้อยกว่า 20dB ทำให้แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะระงับสัญญาณรบกวนความถี่สูง ระลอกคลื่น 1mV บนพินกำลังจะสร้างสัญญาณกระจัดกระจายระดับ 100 μ V โดยตรงที่เทอร์มินัลเอาต์พุต RF

การมอดูเลตโดยตรงของตัวพา RF โดยสัญญาณรบกวน
สัญญาณรบกวนบรอดแบนด์และฮาร์โมนิคสวิตช์บนแหล่งจ่ายไฟจะจับคู่โดยตรงกับเส้นทาง RF ผ่านพินแหล่งจ่ายไฟ ผสมกับคลื่นพาหะ และทำให้สัญญาณรบกวนเฟส, EVM (แอมพลิจูดเวกเตอร์ข้อผิดพลาด) และความไวในการรับสัญญาณลดลงโดยตรง มีการวัดว่าเมื่อเสียงรบกวนของแหล่งจ่ายไฟเกิน -50dBc ประสิทธิภาพ EVM ของ PA จะลดลงมากกว่า 15%

การรบกวนการขยายพารามิเตอร์ปรสิต
ในย่านความถี่ RF ค่าความเหนี่ยวนำที่เท่ากันของสายกราวด์ยาว 1 มม. จะอยู่ที่ประมาณ 1nH และการเหนี่ยวนำของสายกราวด์ขนาด 10 มม. สามารถเข้าถึง 27 Ω เสียงสะท้อนจากกราวด์และการเหนี่ยวนำปรสิตจะขยายผลการรบกวนของสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟเพิ่มเติม ซึ่งสร้างความเสียหายต่อจุดทำงานที่คาดหวังของวงจร RF

2. รูปแบบการกำจัดกระบวนการทั้งหมดสำหรับสัญญาณรบกวนจากพลังงานของบอร์ด RF
การเลือกแบบชั้นและการแยกชิปพลังงาน
หลังจากการแปลงแรงดันไฟฟ้าของ Front-end DC/DC เสร็จสมบูรณ์แล้ว ระบบแบ็คเอนด์จะต้องติดตั้ง LDO เฉพาะด้าน PSRR RF สูงเพื่อจ่ายพลังงานให้กับโมดูลที่ละเอียดอ่อนที่สุด เช่น VCO และ PLL LDO ต้องการ PSRR ไม่น้อยกว่า 50dB ในย่านความถี่ 2.4GHz เช่น รุ่นเช่น ADP7158 และ TPS7A91
ห้ามมิให้จ่ายไฟให้กับวงจรสัญญาณ RF ขนาดเล็กที่มี DC/DC โดยตรง เนื่องจากฮาร์โมนิคบรอดแบนด์ที่สร้างขึ้นที่ขอบสวิตช์จะครอบคลุมช่วงความถี่ตั้งแต่หลายร้อย MHz ถึง GHz โดยตรง ก่อให้เกิดกลุ่มสัญญาณรบกวนที่กรองออกได้ยาก

รูปแบบที่แม่นยำของตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนหลายระดับ
การรวมกันของ "ตัวเก็บประจุเก็บพลังงานความจุขนาดใหญ่ + ตัวเก็บประจุกรองความจุปานกลาง + ตัวเก็บประจุขนาดเล็กความถี่สูง" ถูกนำมาใช้: วางตัวเก็บประจุ 10 μ F X7R ที่ช่องจ่ายไฟ และตัวเก็บประจุ NPO/MLCC ความถี่สูง 100nF และ 10pF ได้รับการติดตั้งตามลำดับภายใน 1 มม. ของพินแหล่งจ่ายไฟของชิป ซึ่งครอบคลุมแถบความถี่การลดเสียงรบกวนตั้งแต่ DC ถึงหลายสิบ GHz
ปฏิบัติตามหลักการของวงจรที่สั้นที่สุดอย่างเคร่งครัด: ระยะห่างระหว่างพินกราวด์ของตัวเก็บประจุและกราวด์ของชิปน้อยกว่า แล/20 (ประมาณ 2.5 มม. ที่ 2.4GHz) โดยหลีกเลี่ยงการใช้สายยาวในการเหนี่ยวนำปรสิตเพื่อชดเชยผลการกรองความถี่สูงของตัวเก็บประจุ

โช้คเป้าหมายของเม็ดแม่เหล็ก/ตัวเหนี่ยวนำ
บนเส้นทางแยกของแหล่งจ่ายไฟดิจิทัลและแหล่งจ่ายไฟหลักที่เข้าสู่โดเมนความถี่วิทยุ จะมีการเลือกเม็ดแม่เหล็กที่มีความต้านทานสูงเพียงพอที่จุดความถี่สัญญาณรบกวนเป้าหมายและความต้านทาน DC น้อยกว่า 0.5 Ω ตัวอย่างเช่น ในสถานการณ์ 2.4GHz จะมีการเลือกรุ่นที่มีอิมพีแดนซ์ 2.4GHz มากกว่าหรือเท่ากับ 500 Ω เพื่อให้เกิดการแยกสัญญาณรบกวนกำลังระหว่างโดเมนดิจิทัลและโดเมนความถี่วิทยุ
บนเส้นทางจ่ายไฟ PA กระแสสูง ตัวเหนี่ยวนำขดลวดความถี่สูง 3-5nH จะถูกเลือกเป็นโช้ค และสงวนพื้นที่การกระจายที่ต้องห้ามมากกว่า 1 มม. ไว้รอบๆ เพื่อหลีกเลี่ยงความจุของปรสิตและลดผลการกรอง

การออกแบบพาร์ติชั่น PCB Stacking และ Power
ขอแนะนำให้ใช้สแต็ก 4 ชั้นหรือสูงกว่าของ "ชั้นสัญญาณชั้นพลังงานระนาบกราวด์ที่สมบูรณ์ของชั้นสัญญาณ" โดยมีระนาบกราวด์ชั้นที่สองที่สมบูรณ์ซึ่งให้ผลตอบแทนความต้านทานต่ำสำหรับการเดินสาย RF ในขณะที่แยกการเชื่อมต่อปรสิตระหว่างชั้นพลังงานและชั้นสัญญาณ RF
การใช้สถาปัตยกรรมแหล่งจ่ายไฟรูปดาว: หลังจากที่ทางเข้าแหล่งจ่ายไฟหลักได้รับการกรองอย่างสม่ำเสมอ จะจ่ายพลังงานให้กับ LNA, PA และ VCO ผ่านกิ่งก้านแม่เหล็กอิสระ แหล่งจ่ายไฟแบบอะนาล็อก แหล่งจ่ายไฟดิจิตอล และแหล่งจ่ายไฟ RF ถูกแยกออกจากกันอย่างสมบูรณ์ และชั้นแหล่งจ่ายไฟที่แตกต่างกันไม่ได้รับอนุญาตให้ทับซ้อนกันในพื้นที่เพื่อหลีกเลี่ยงการครอสทอล์คความจุของปรสิต

ทดสอบการเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจสอบแบบวงปิดแล้ว
สแกนฮอตสปอตสัญญาณรบกวนบนบอร์ดกำหนดตำแหน่งด้วยโพรบสนามใกล้เคียง และใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อวัดสเปกตรัมสัญญาณรบกวนของพินกำลังของชิป RF โดยตรง สำหรับจุดความถี่ที่มากเกินไป ให้เพิ่มตัวเก็บประจุกรองเฉพาะที่ตำแหน่งเส้นทางความยาวคลื่น 1/4 ที่สอดคล้องกันเพื่อให้ได้การลดสัญญาณรบกวนที่แม่นยำ