有一件事是肯定的：電源設(shè)計可能比簡單地將直流電源線連接到您的組件要復雜得多。RF 電源設(shè)計需要特別小心，以確保它們能夠正常工作，而不會在系統(tǒng)各部分之間傳遞過多的噪聲，由于涉及的高功率水平，這使得這變得更加困難。除了仔細布局之外，還需要設(shè)計電路，以便系統(tǒng)為系統(tǒng)的每個子部分提供高效的電源轉(zhuǎn)換和傳輸。
超大功率系統(tǒng)仍在設(shè)計中使用可能連接在大型外殼或機柜中的分立元件，但較小的功率系統(tǒng)可以通過一些更新的元件和功率調(diào)節(jié)策略放置在 PCB 上。這些系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)分為兩個主要領(lǐng)域：
FET 和放大器中的熱量產(chǎn)生，這促使使用SiC 上的 GaN 等先進半導體進行射頻放大
可能允許高功率沿電源線泄漏到附近電路中的寄生效應，這需要仔細布局和布線
當為電源電路選擇組件并將其放入原理圖時，第一點發(fā)生在前端。上面的第二點是布局和布線變得更加重要的地方。我們將在本文中介紹這兩個領(lǐng)域，以便新的 RF 設(shè)計人員可以在布線之前完成他們的堆疊和布局。
開始您的射頻電源設(shè)計
從電路設(shè)計的角度來看，RF 電源需要一些與任何其他用于直流系統(tǒng)的電源相同的調(diào)節(jié)和過濾級。射頻電源的主要作用是以感興趣的頻率為射頻系統(tǒng)提供電源，其中包括用于生成和調(diào)節(jié)射頻信號的標準組件（振蕩器、有源濾波器、放大器等）。電源還需要能夠響應調(diào)制。除了適應調(diào)制之外，RF 電源設(shè)計還應具有與典型 RF 電路板相同的一些要求，即高頻下的低損耗，以及足夠高的溫度額定值和熱特性。
下面的框圖從高層次上顯示了如何在高頻下產(chǎn)生射頻功率。
射頻電源也反向運行，它們接收射頻信號并將其整流為直流電壓。這需要構(gòu)建一個 RF 整流器電路，我們不會在本文中過多討論它，因為它可能會涉及更多內(nèi)容。相反，我們將專注于射頻采購方面。
穩(wěn)壓器和濾波器
需要以高頻（即高 MHz 或 GHz）供電的射頻電源通常由分立元件構(gòu)成。但是，您可以將上述所有部分放在同一個板上。第一步是穩(wěn)壓器選擇和濾波器設(shè)計。在上面的框圖中，需要構(gòu)建高階濾波器和開關(guān)穩(wěn)壓器以遵循任何調(diào)制信號的包絡(luò)（對于 AM 輸出），或者在基帶頻率調(diào)制其輸出（對于 FM 輸出）。這可能需要您的設(shè)計采用多相、多級拓撲；
在選擇任何下游穩(wěn)壓器（這些可能是開關(guān)或 LDO）時，請注意效率。如果您使用的是 LDO，則電壓差不應太高，因為這會降低 LDO 上的大量功率，并且組件的高熱阻會導致其迅速升溫至高于其額定溫度。在我公司最近制造的一個原型中，我們選擇了通過外殼進行傳導冷卻的 LDO。如果您需要大幅降低電壓，則應使用開關(guān)穩(wěn)壓器并應用另一個更高階的濾波器，以確保為 VDD 端口、VGG 端口和振蕩器提供低噪聲。
如何處理地
就像任何其他混合信號設(shè)計一樣，不要嘗試通過分路接地來將您的開關(guān)穩(wěn)壓器輸出（如果您使用的是一個）與 RF 部分電隔離。當單端數(shù)字信號通過接地層的間隙路由時，您將產(chǎn)生相同類型的 EMI 問題。這是混合信號系統(tǒng)中的常見錯誤，假設(shè)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出為純直流，在射頻系統(tǒng)中很容易犯同樣的錯誤。即使使用包絡(luò)跟蹤，您仍然會在基帶頻率上繪制時間平均功率，這可能是數(shù)十或數(shù)百 MHz 的數(shù)量級。
保持均勻接地并練習良好的布局，同時保持共面線上的阻抗控制，而不是試圖采取簡單的路線并拆分接地層。如果您可以將射頻組件放置在自己的部分中，并將直流/穩(wěn)壓組件放置在自己的部分中，只要您可以正確跟蹤返回路徑，就可以防止它們之間的干擾。
疊層設(shè)計和材料選擇
在設(shè)計疊層時，您需要考慮穩(wěn)壓器的工作頻率和板上射頻線的長度。對于更長的射頻線路，您需要使用低損耗層壓板，可能是PTFE 層壓板。沒有長線布線的射頻電源，或者如果您只是不擔心損耗，您通常可以使用 FR4 層壓板作為疊層材料。兼顧低損耗和低成本的一種方法是使用混合疊層和低損耗電介質(zhì)來支持您的射頻線路。
只要您還在表面層上布線 RF 線，就可以在 4 層板上完成上述電源軌布線示例。您還可以使用統(tǒng)一的接地和電源平面從穩(wěn)壓器部分向組件提供電源，并在表層上布線射頻線以保持 4 層板。這是在表面層使用低損耗 PTFE 的混合疊層的好方法。但是，您可以在此板上可靠實現(xiàn)的唯一隔離來自布線中的共面性，即來自您放置在 RF 線和組件周圍的通孔柵欄，以防止電路板部分之間的噪聲耦合。
當您需要使用更高功率同時還提供高隔離度時，您還可以將 6 層或 8 層疊層用于此類設(shè)計。例如，您可以使 L3 成為兩個 GND 平面（在 L2/L4 上）之間共面 RF 線的信號層，然后在 L5 上通電，并可能在表面層或 L6 上路由您可能需要的任何其他信號（見下文） . 這對于需要大量隔離的高功率設(shè)計更好，因為接地層將提供層間屏蔽。
通過在設(shè)計的不同部分之間提供隔離，您可以幫助防止允許噪聲傳播到輸出的寄生耦合類型。電源的輸出應具有足夠低的噪聲和失真，以便為其他組件提供干凈的電源。在這種類型的設(shè)計中有兩個主要的噪聲源：
來自開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲或嘈雜的直流輸入。
噪聲從輸出耦合回放大器輸入
這兩點都可以通過此處提到的疊層設(shè)計技巧以及將噪聲部分智能放置在遠離射頻輸出部分的位置來解決。第二點在較高頻率下更具挑戰(zhàn)性，通過耦合回放大器級的輸入，可以看到射頻輸出經(jīng)歷正反饋。路由和過濾也非常重要，因為它們可以幫助提供額外的隔離和消除噪音。
布局和布線
設(shè)計的這兩個方面至關(guān)重要，因為您需要抑制我在上述兩點中提到的噪聲問題。將射頻走線從振蕩器穿過放大器，并作為接地共面波導（在表面或內(nèi)部層上）連接到輸出，以確保有一定的隔離。不要使用保護走線來提供任何屏蔽，因為它們會產(chǎn)生更多的噪聲耦合；僅使用您為共面線計算的通孔柵欄樣式。此外，如果您在內(nèi)部層上進行布線，請確保通過分析您的通孔存根來確定是否需要反鉆。
輸出可能需要的任何其他調(diào)節(jié)取決于電源的功能。它會直接路由到天線還是 SMA/u.FL 同軸線？通常將 RF 輸出通過濾波器（BAW 或 SAW 濾波器），但在選擇組件時要小心，因為芯片封裝的 BAW 和 SAW 濾波器不能總是接受某些 RF 電源中使用的高 RF 功率。
RF Out 網(wǎng)絡(luò)上可能需要的另一個組件包括一個隔離器/循環(huán)器，以防止任何反射返回到放大器。您可以在輸出端使用一些 SMD 隔離器，如果您通過 RF 實現(xiàn)供電或?qū)?RF 輸出直接發(fā)送到天線，這一點尤其重要。
如果您確實需要通過外部 RF 模塊路由任何信號，您可以放置 SMD u.FL 或 SMA 連接器來進行這些連接。如果您的功率水平超過板上等效 SMD/通孔組件的允許值，您可以根據(jù)需要將信號從板上通過模塊取出并返回到板上。
總之
雖然射頻功率放大器和電源設(shè)計通常由分立的濾波器元件構(gòu)建而成，但更新的組件允許您在外形尺寸方面非常激進，并將其中的許多元件整合到一塊板上。當然，請務(wù)必咨詢您的制造商關(guān)于您的疊層，以確保它可以作為混合板制造。還要確保在傳輸線設(shè)計中考慮銅粗糙度和介電色散，以確保您的射頻傳輸線阻抗具有典型的 50 歐姆值。
