圖2-10 Atheros常用的分立元件信號處理方式
2.3. 收發器的電源管腳
收發器一般會有很多個電源管腳,可以大概分為幾類,從圖2-2也可以看出來,一般會具有主電源管腳,核電壓電源管腳,IO電源管腳,鎖相環(Phase Lock Loop,PLL)電源管腳等。
在射頻電路設計中,我們一般會比較關注的是模擬電源。對于射頻電路的供電,如果讓我在線性穩壓電源(LDO)和開關電源(DC/DC)之間選擇,那么我會毫不猶豫的選擇線性電源。
為什么?和開關電源有仇?的確有仇!
直到現在我還清晰得記著在大學里面的遭遇。一次我為某高校設計一款校園廣播設備,考慮到校園廣播的較大的輸出功率,對電源的要求也就比較苛刻,我到科技市場轉了一圈發現了一款做工精良的開關電源,當時我就被這個家伙華麗的外表欺騙了,毫不猶豫地買了下來。可是當我完整設計后,接通電源,從收音機里面傳來的不是悅耳的音樂聲,而是令人極度反感的“嗡嗡”聲,巨大的交流聲。為了解決這個問題,我幾乎絞盡腦汁,把有可能造成問題的部分都重新設計了,可是問題依然沒有解決。后來,我突然意識到:“是不是開關電源的問題?”剛好手頭有一臺車載電臺的電源(大功率線性穩壓電源),當我把這個電源接上去之后,哇,整個世界都安靜了!開關電源害得我不但損失了一些錢,還浪費了我大量的時間,從那以后,我的設計再也沒用過開關電源。
對于收發器的電源管腳,通常的處理方法就是在每個電源的管腳處都放置一個0.1uF的電容,耗電比較大的管腳旁,需要放置更大容量的電容,1-10uF或者更大。一般來說,收發器的模擬電源供電和數字電源供電要用電感或者磁珠隔開,并且一定要在電感或磁珠后放置容量比較大的電容,如果條件允許的話,最好放置電解電容,會對電源的性能起到很大的提升作用,同時并聯幾個容量比較小的瓷片電容,就可以濾除不同頻率的交流成分。
2.4. 收發器完整的外圍電路設計
回想一下,我們在前面的敘述中講解了如何選擇收發器,收發器相關的差分信號處理,收發器的電源供給,這三方面的內容基本上較完整的覆蓋了收發器射頻電路設計的內容,也就是說,把這三部分弄清楚,基本上就完成了這部分的設計。
想必大家應該比較清楚那三部分的結構了,好,讓我們來試一下,在圖2-2那個芯片的外圍放置一些器件,再連上幾條線,完成無線收發器及其外圍電路設計。在這里,我們對收發器輸出的差分信號用平衡器處理得到單端信號RFOUT,來自低噪聲放大器的接收信號RFIN用分立元件處理得到差分信號RFIN_P,RFIN_N。這樣,就得到了如圖2-11所示的原理圖。
圖2-11 完整設計的無線收發器外圍電路
第3章. 功率放大器
功率放大器,Power Amplifier,俗稱PA,主要的作用就是將無線收發器(Radio Transceiver)送來的射頻信號進行功率放大,保證有足夠大的輸出功率滿足設計需求。功率放大器的設計是一個十分專業的話題,也有很多人,很多高級的射頻工程師在這方面進行過十分深入的研究,我在這里只針對我們的Wi-Fi產品的常用的設計方法進行討論。
我們的產品中,功率放大器的組成無非就是一顆芯片配上幾顆外圍的器件,但是在大功率的場合,幾乎不會有人用集成電路去做功率放大,一般都是用分立元件設計出來的,晶體管或場效應管。在我們目前的所有設計中,功率放大器都是用集成電路來實現的。如圖3-1所示,是通常的功率放大器的設計框圖。
圖3-1 功率放大器的框圖
功率放大器的設計會考慮很多參數,但主要分為三類:增益,噪聲,非線性。增益,和最終的輸出功率有關,噪聲和非線性關系著信號質量。
我在這里把功率放大器(在本章的以下內容中簡稱功放)分為以下幾個部分進行討論:功放芯片的選擇,功放芯片的供電,輸入回路,輸出回路,功率檢測,增益控制,溫度檢測。
3.1.1. 功放芯片的管腳