wifi射频电路设计

wifi射频电路设计内容摘要：

32 Ralink的设计中采用的功放芯片 通过以上表格，我们很容易发现， Atheros 很喜欢 Microsemi 的芯片，而 Ralink 则比较喜欢 Richwave和 SST 的，在 BCM4323这个项目中，使用的功放芯片是 SiGe的，在 AP96现在的设计中，使用的也是 SiGe的 Frontend Module。 . 功放芯片的主要参数 功放芯片的选择是一个复杂的过程，在实际的选择过程中，我们一般会考虑如下的几项参数：  工作频率  小信号增益  最大线性输出功率  1dB 压缩点输出功率  误差向量幅度（ EVM）  相邻信道功率比（ ACPR）  噪声系数  是否内建功率检测功能  是否内建增益控制功能  供电电压  消耗的电流 以上的这些参数，并不是在每颗功放芯片的 Datasheet中都会完整给出，有些Datasheet只能给出部分参数。 各项参数的意义想必大家都很清楚，我在这里就不做过多的解释了。 一个典型的功放芯片的 Datasheet（片段）如下： Operation Single Positive Supply Voltage Vcc = Power Gain ~ 27dB Quiescent Current ~ 90mA EVM ~ 30dB at Pout = +19dBm Total Current ~ 150mA for Pout = +19dBm Pout ~ +26dBm for 11g OFDM Mask Compliance Total Current ~220mA for Pout = +23dBm 1 Mbps DSSS OnChip Input Match Simple Output Match Robust RF Input Tolerance +5dBm Small amp。 LowCost MLP Package Cost Reduction over LX5510, LX5510B 从以上的叙述中我们了解到，这颗功放芯片的工作频率是 ，采用 单电源供电，静态工作电流是 90mA， 19dBm 功率输出时， EVM的值是 30dB，等等。 功放芯片的性能很重要，当然，在满足性能的前提下，我们会选择最便宜的 . 功放芯片的供电 图 32展示的一般功放芯片有三个电源管脚，分别是 VCC， VC1， VC2，其中的VCC 是主电源供电， VC1 是芯片内部第一级放大的供电， VC2是芯片内部第二级放大的供电。 这里有个很重要的问题需要注意， VC1和 VC2 不是简单的供电管脚，这两个管脚通常不会直接连接到电源上，一般会串联一个电感（或者电阻）再连接到电源上，为什么呢。 这是因为这是为芯片内的功率晶体管（或场效应管）供电的管脚，通常在分离元件组成的功率放大电路中，我们都会看到在晶体管的集电极（或者场效应管的漏极）上都串有电感，而电感是不容易集成到芯片中的，这样，就需要在芯片的外部放置电感，这样，就得到了典型的功放芯片的供电方式，如图 33所示。 图 33 典型的功放芯片供电方式 除了上面 提到的电感的问题，另一个值得注意的就是，功放电路处理的模拟信号，是正统的模拟电路，因此需要尤其注意其 电源要与数字电路的电源分开。 另一个极为重要的问题是，如图 33所示，在每个电源管脚处，都需要放置一个滤波电容组合，例如 VCC 管脚处放置的是 100pF和 1000pF的滤波电容组合， VC1 管脚处是10pF 的电容。 滤波电容的组合形式是这样的，对于主电源管脚 VCC，需要尽量多地放置不同容量的电容，而且这些电容的容量最好是不同数量级的，例如可以这样组合： 10uF+1uF++1000pF+100pF+10pF， 不同容量的电容用于滤除不同频率成分的扰动。 对于 VC1和 VC2 这两个管脚，要注意，放置的滤波电容容量要较小，通常在 110pF。 . 输入回路 功放电路的输入回路一般包括两个部分，一个是带通滤波器（ Band Pass Filter，BPF），一个是 ∏型匹配网络，我们分开两部分来讲。 . 带通滤波器 我们知道， 频段的子载波有 13个，频率从 到 ，相邻两信道之间的频率间隔是 5MHz，很容易理解，从收发器（ Transceiver）输出的信号包括了从 到 这样的一个频率带，因此，为了能够使有用的信号顺利地进入功放芯片，无用的杂乱信号被滤除，一般会在功放芯片的输入回路上放置一个带通滤波器。 带通滤波器有三种实现方法，一种是使用已经设计好的专用带通滤波器，这在 Ralink的方案中使用的很多；一种是使用分立元件组成的带通滤波器，这种方法用的不是很多；第三种方法几乎是 Atheros 专有的，就是印制带通滤波器，这种滤波器最突出的优点就是没有成本，最突出的缺点是占用的空间比较大，而且还需要净空区，在 AP51中就使用了这种滤波器。 用分立元件设计带通滤波器需要复杂的计算过程，也需要较强的数学功底，我们在这里不进行过多的研究。 接下来我们主要讨论如何选择一款已经设计好的带通滤波器。 带通滤波器的参数并不多，主要有：  输入阻抗  输出阻抗  通频带  通频带内的衰减  通频带以外的衰减 通常情况下，成品的带通滤波器，输入和输出阻抗都会控制在 50欧姆的标称值，对于通频带相关特性，一张图表足以反映出来。 如图 34给出了我们常用的 HMD845H的 S21参数与频率之间的关系。 很明显，该带通滤波器的通频带为 ，对于通频带以外的 频率，衰落的很快。 图 34 HMD845H的 S21 参数 . ∏型匹配网络 匹配，这件事在射频设计中是极其重要的，很多时候，我们设计或者调试射频电路，都是在解决匹配的问题，永远记住这样一条经典的准则：共轭匹配传输功率最大。 ∏型匹配网络一般直接放在功放芯片的输入端，也就是放在 RFIN这个管脚处，通常芯片的管脚不会匹配到 50 欧姆，我们也不会知道管脚的输入特性，这样的话， ∏型匹配网络的必要性就可想而知了。 ∏型匹配网络，顾名思义，形状很像字母 ∏，我们来看一下实际的 ∏型匹配网络。 图35给出的是 Ralink常用的一种 ∏型匹配网络。 图 35 Ralink常用的 ∏型匹配网络 . 完整设计的输入回路 以上我们讨论了功放电路的输入回路的两个组成部分，带通滤波器和 ∏型匹配网络，有了这两个部分，我们就可以设计一个完整的输入回路了。 如图 36 所示，就是一个设计完整的功放电路输入回路。 图中的 U9就是一款成品的带通滤波器，而 C108，C109和 L14就组成了一个 ∏型匹配网络。 图 36 完整设计的功放电路的输入回路 . 输出回路 在输出回路中，最重要的组成部分（在很多设计中也是唯一的组成部 分）就是低通滤波器，这时可能有人会问， 为什么这里要用低通滤波器 ，而不是像输入回路那样使用带通滤波器。 原因很简单，这里的低通滤波器要解决的主要问题时由于功放引起的高次谐波， 如二次谐波，三次谐波甚至更高次数的谐波， 当然，低通滤波器还要解决的问题就是匹配问题。 其实，在射频电路的设计中，匹配的这个问题会一直伴随着我们。 滤波器的设计需要很复杂的计算，在这里我不想探讨过多的理论知识，所以，我就不给出如何计算的方法，只给出一般的低通滤波器的形式。 这里需要指出的是，Atheros 的设计一般会使用三个元件，而 Ralink一 般会使用五个元件。 如图 37所示，是 Ralink常用的滤波器形式。 在图中， C112， C111， C113， C110和 C114就组成了。