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    2020-4-20 15:34
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    非同类可代替器件3——微带线代替LC
    微带线,对于做微博和射频的同仁是最熟悉不过的。这里也就不介绍原理性的知识,毕竟很多专业书籍和教材已经讲解很多。还是我写东西的一贯特点,举例子。 用微带线的分布参数代替集总参数的LC可以说是射频电路里最常见的一种方式。毕竟有类似ADS这种微波电路仿真软件,什么事情都会变得很简单。而且现在PCB的加工精度也很高,对于电容电感这种在低频段精度都很低的器件来说,能用一段导线、GND、基板(虽然这种描述不是那么严谨)来代替LC,想想都是很划算的。当然Q值不高也是微带线的缺点,鱼和熊掌不可兼得,要什么自行车啊。 陷波器,又称带阻滤波器,就是把一段频率信号滤除掉不让它通过。一般会用LC串联接地的方式来实现。如图 这里说明一下,用1nH和1.3pF电容组成一个4.4GHz的陷波器(为什么是这个频率,后面会说明),具体计算大家可以随便找个网页工具,不再说明。图中R1和R4为0欧,这是因为Multisim(支持正版,盗版必究)的网络分析仪内部集成了50欧电阻,加两个0欧电阻就是为了方便看S11和S21等S参数,要不然P1和P2都接到一起去了,也看不清电路结构。在图中可以看到在4GHz和5GHz之间的S21为-32dB的最低点(注意这个值)。 下面就用微带线来代替L1和C1。那用什么微带线呢,这里用Multisim的自带的MicroStrip来仿真。当然最理想的是用ADS或者HFSS来仿真。但这里只是为了说明,并不是为教学,也为了省点时间,毕竟还有本职工作,不停的加班是吧。等有时间了再跟大家聊聊射频仿真的软件。 在射频电路里,利用微带线的分布参数,用一段开路的1/4波长的微带线可以代替陷波器。如图 在3GHz左右的地方,Smith图上可以看到这段微带线是与50欧匹配的。注意电路图的微带线是开路的,没有接地,这一定要注意。仿真的效果如图 图中4GHz与5GHz中间地方有-20dB(也注意这个值)的衰减,缩小比例看,谐振点也差不多在4.4GHz,与上面LC组成的谐振电路大体是一样的。只不过由于微带线的Q值不如理想情况下的LC,导致衰减差了一些,但对于实际应用这-20dB已经是很理想了,毕竟实际的LC在射频电路里,自身的谐振比导线可复杂的多。那怕是村田、TDK这种大厂家的电容电感也只有500MHz的曲线,其他的频率,你们自己看着办吧。 看着图中还有两处谐振点(其实还有更多),那是因为对于1/4波长来说,3/4波长,5/4波长也对应不同频率产生谐振。这也是微带线的特点之一,它很不专一,渣男。 如果仔细计算,按照4.4GHz对应的1/4波长应该是1.67mm。从它的模型参数来看,该段微带线长2mm。这是因为模型里还有些L和C的参数,都会对仿真产生影响。再就是该波形其实也不完整,这就是为什么开篇要做S11的匹配实验。具体参数大家可以用ADS或者Si9000这些专业的微带线参数设置软件。这些就不仔细讨论了。毕竟在实际做PCB的时候,可以留出一段长度,不行了再割呗。对于射频工程师来说,刻刀和割线应该是最常用的工具,跟美工从业者似的。如果说你是做射频的还没有刻刀,不专业。 1/4波长的微带线是个神奇的东西,在射频电路里很常见,作为阻抗匹配的最佳拍档,哪都有它。多说一句,如果该电路将微带线接地,则成为在4.4GHz的一个带通电路。 接触射频电路是在一个难忘的清明节,老总问我是否想学天线,我就满口答应,后来就不能自拔。虽然天线跟射频还是有很多区别,但我想说那就是个引子,带我进入一个另外的世界。后来慢慢的学有限元仿真,各种射频电路仿真,到后来实际做天线和射频电路,到实际测试割线再测试,搭建测试环境等。一路辛苦的走来收益颇多。最开始为了仿真一个小小的微带天线,在实验室三天两夜没出屋,用三台电脑仿真了一个0dB增益的天线。现在看看结果是真可笑,完全拿不出手,但当时出来结果的瞬间,我感觉我打通了任督二脉,总算明白是怎么回事了。量变终究会带来质变,就看你量的多少,再就是需要一定时间内能完成多少量。
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    2018-3-10 17:09
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    信号完整性基础-反射是如何产生的?续
    好吧,春节过完,博客接着更新了。。。。 给大伙拜个晚年:祝大家新年快乐,步步为营,分别在不同的地方看到了两组图片挺有意思的,拿出来,分享博大家一乐。 每逢春节胖三斤 扯远了。。。重回正题,更新信号完整性方面的基础,年前手头的项目耽搁了。 有小伙伴看完之前的文章说,不够深入浅出,想了想,再写一篇,力图简单易懂的说明白反射是如何形成的。 要说明白反射,需要涉及前文提到过阻抗及匹配的概念,形象来说,如下图,如同拼图游戏一般,红色方块太大,或者太小都放不进空格中,会产生信号完整性问题;只有匹配上,才能正好放进去,没有反射。 具体的,前文说到了特性阻抗,我们熟知实际电路中最大功率传输定理是关于负载与电源相匹配时,负载能获得最大的功率。迁移到高速电路中,其表现是: 激励电路特性与传输线特性极大地影响了从一个装置传送到另一个装置信号的完整性。 具体来说,在高速电路中要想把信号能量从源端全部有效的传送到负载端,必须使传输线特征阻抗与信号的源端阻抗和负载阻抗匹配,否则信号会发生反射,导致信号波形的畸变等一系列问题。 之前,还有在网上读到其他大牛写的文章,对阻抗及反射的关系写得很形象易懂,大概是说,将电流类比于水流,而将水位的高度看作为电压,这跟我们初高中接触的物理知识是一致的。水流的速度看作是信号的频率,假设,河道中水的宽度为阻抗,那么河道宽阻抗必然越小,这应该很好理解,我们的走线也是一样, 走线越宽,阻抗越小 。 所以,对于河道,如果水流突然流进了窄道,水道变窄,那么阻抗会增大。这个时候,如果水流速度很快,也就是信号频率很高,那么试想是不是会溅起水花,如下图,这就是反射。而如果,河道由宽到窄,那么小沟中水位想想肯定是会抬高的(去过苏杭的运河游船的应该是很清楚这一点),说明这就产生了正反射,电压变高了。 反之,如果由河道进入了大江,江明显更宽,那么此时阻抗会变小,同时水位也会变低,此时就会产生负阻抗啦,叠加后电压就低了。 通过上面的类比,我们再看下面的就很 easy 了。 反射就是在传输线上的回波。信号功率 ( 电压和电流 ) 的一部分传输到线上并达到负载处,但是有一部分被反射了,如下图所示。源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射,负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗,反射电压为负,反之,如果负载阻抗大于源阻抗,反射电压为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。 好吧,形成的原因,大概就到此,感兴趣推导的公式的伙伴们可以推到一个3-5次反射的情况,理解就更深入了。
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    基于低噪声放大器设计原理,从噪声、线性度、阻抗匹配等方面详细讨论了低噪声放大器的设计.电路采用TSMC0.18μmCMOS工艺进行设计,利用ADS2005A对电路进行谐波平衡、S参数分析及双音测试,结果表明,其噪声系数为1.795dB,正向增益为17.35dB,IIP3约为-1.43dBm,功耗约8.96mW.集成电路应用AppIicatiOn0fInteg陋tedCircuits2.4GHz0.18IJLmCM0S低噪声放大器分析与设计王宁章,周长川(广西大学计算机与电子信息学院,广西南宁530004)摘要:基于低噪声放大器设计原理,从噪声、线性度、阻抗匹配等方面详细讨论了低噪声放大器的设计。电路采用髑MCO.18斗mCMOS工艺进行设计,利用ADS2005A对电路进行谐波平衡、S参数分析及双音测试,结果表明,其噪声系数为1.795dB,正向增益为17.35dB,IIP3约为一1.43dBm,功耗约8.96mW。关键词:低噪声放大器(LNA)线性度匹配现代无线通讯设备不断向着低成本、便携式的方向发展。而传统的射频集成电路主要采用‰h工艺,成本较高,且集成度很低。随着CMOS工艺的进步,已经能够满足射频集成电路的要求,基于CMOS工艺的射频集成电路设计成为近年来的研究热点。低噪声放大器(LNA)是射频接收机前端的关键模块,应用中要求其必须提供足够的增益以抑制后续级模块的噪声,提供良好的线性度,使其在较大的信号动态范围内正常工作。同时必须要有优异的噪声性能,这几乎决定整个接收机的噪声性能的优越程度。通常采用CMOS工艺设计低噪声放大器(LNA)时,需要在增益、噪声、线性度、功耗、阻抗匹配等指标之间权衡。本文针对LNA的噪声、线性……
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    阻抗匹配中圓图的巧妙使用阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图:基本原理| |本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给| |||出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并用作图法设计||||了一个频率为60MHz的匹配网络。||实践证明:史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。有很多种阻抗匹配的方法,包括:•计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。•手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。•经验:只有在RF领域工作过多年……
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    50歐姆匹配阻抗……
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    阻抗匹配概念阻抗匹配概念阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。当激励源内阻抗和负载阻抗含有电抗成份时,为使负载得到最大功率,负载阻抗与内阻必须满足共扼关系,即电阻成份相等,电抗成份只数值相等而符号相反。这种匹配条件称为共扼匹配。阻抗匹配(Impedancematching)是微波电子学里的一部分,主要用于传输线上,来达至所有高频的微波信号皆能传至负载点的目的,不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益。大体上,阻抗匹配有两种,一种是透过改变阻抗力(lumped-circuitmatching),另一种则是调整传输线的波长(transmissionlinematching)。要匹配一组线路,首先把负载点的阻抗值,除以传输线的特性阻抗值来归一化,然后把数值划在史密夫图表上。改变阻抗力把电容或电感与负载串联起来,即可增加或减少负载的阻抗值,在图表上的点会沿著代表实数电阻的圆圈走动。如果把电容或电感接地,首先图表上的点会以图中心旋转180度,然后才沿电阻圈走动,再沿中心旋转180度。重覆以上方法直至电阻值变成1,即可直接把阻抗力变为零完成匹配。调整传输线由负载点至来源点加长传输线,在图表上的圆点会沿著图中心以逆时针方向走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可加电容或电感把阻抗力调整为零,完成匹配阻抗匹配则传输功率大,对于一个电源来讲,单它的内阻等于负载时,输出功率最大,此时阻抗匹配。最大功率传输定理,如果是高频的话,就是无反射波。对于普通的宽频放大器,输出阻抗50Ω,功率传输电路中需要考虑阻抗匹配,可是如果信号波长远远大于电缆长度,即缆长可以忽略的话,……
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    汽车零部件电磁兼容测试中高速CAN总线负载阻抗匹配方法的介绍……
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    关于阻抗匹配阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。反之,当电路阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对电路产生损害。阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间,等等。例如,扩音机的输出电路与扬声器之间必须做到阻抗匹配,不匹配时,扩音机的输出功率将不能全部送至扬声器。如果扬声器的阻抗远小于扩音机的输出阻抗,扩音机就处于过载状态,其末级功率放大管很容易损坏。反之,如果扬声器的阻抗高于扩音机的输出阻抗过多,会引起输出电压升高,同样不利于扩,音机的工作,声音还会产生失真。因此扩音机电路的输出阻抗与扬声器的阻抗越接近越好。又例如,无线电发信机的输出阻抗与馈线的阻抗、馈线与天线的阻抗也应达到一致。如果阻抗值不一致,发信机输出的高频能量将不能全部由天线发射出去。这部分没有发射出去的能量会反射回来,产生驻波,严重时会引起馈线的绝缘层及发信机末级功放管的损坏。为了使信号和能量有效地传输,必须使电路工作在阻抗匹配状态,即信号源或功率源的内阻等于电路的输人阻抗,电路的输出阻抗等于负载的阻抗。在一般的输人、输出电路中常含有电阻、电容和电感元件,由它们所组成的电路称为电抗电路,其中只含有电阻的电路称为纯电阻电路。下面对纯电阻电路和电抗电路的阻抗匹配问题分别进行简要的分析。1.纯电阻电路在中学物理电学中曾讲述这样一个问题:把一个电阻为R的用电器,接在一个电动势为E、内阻为r的电池组上(见图1),在什么条件下电源输出的功率最大呢?当外电阻等于内电阻时,电源对外电路输出的功率最大,这就是纯电阻电路的功率匹配。假如换成交流电路,同样也必须满足R=r这个条件电路才能匹配。2.电抗电……
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    上传者: wsu_w_hotmail.com
    功率放大器设计的关键:输出匹配电路的性能功率放大器设计的关键:输出匹配电路的性能功率损耗会降低效率和功率输出的能力。Soeren LaursenRFMicroDevices对于任何功率放大器(功率放大器)设计,输出匹配电路的性能都是个关键。但是,在设计过程中,有一个问题常常为人们所忽视,那就是输出匹配电路的功率损耗。这些功率损耗出现在匹配网络的电容器、电感器,以及其他耗能元件中。功率损耗会降低功率放大器的工作效率及功率输出能力。因为输出匹配电路并不是一个50Ω的元件,所以耗散损失与传感器增益有很大的区别。输出匹配的具体电路不同,损耗也不一样。对于设计者而言,即使他没有选择不同技术的余地,在带宽和耗散损失之间,在设计方面仍然可以做很多折衷。匹配网络是用来实现阻抗变化的,就像是功率从一个系统或子系统传送另一个系统或者子系统,RF设计者们在这上面下了很大的功夫。对于功率放大器,阻抗控制着传送到输出端的功率大小,它的增益,还有它产生的噪声。因此,功率放大器匹配网络的设计是性能达到最优的关键。损耗有不同的定义,但是这里我们关心的是在匹配网络中,RF功率以热量的形式耗散掉的损耗。这些损耗掉的功率是没有任何用途。依据匹配电路功能的不同,损耗的可接受范围也不同。对功率放大器来讲,输出匹配损耗一直是人们关注的问题,因为这牵涉到很大的功率。效率低不仅会缩短通话时间,而且还会在散热和可靠性方面带来很大的问题。例如,一个GSM功率放大器工作在3.5V电压时,效率是55%,能够输出34dBm的功率。在输出功率为最大时,功率放大器的电流为1.3A。匹配的损耗在0.5dB到1dB的数量级,这与输出匹配的具体电路有关。在没有耗散损失时,功率放大器的效率为62%到69%。尽管损耗是无法完全避免的,但是这个例子告诉我们,在功率放大器匹配网络中,损耗是首要问题。耗散损失现在我们来看一个网络,……
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