《2.4G RF 模块设计总结》.pdfVIP

2.4G RF 模块设计总结 前言： 在这次设计中，电路的仿真计算占据了 90% 以上的时间，在这期间，我们碰到了很多 问题。最大的问题之一是电路设计中要考虑的因素太多:如何处理这些因素之间的关系;和在 电路分析中如何建立起分析的基本支撑点;如何处理如此众多的参数之间的量的关系;我们 没有相关的设计参考。但考虑到任何的实际电路分析都是简化分析。那么究竟什么可以省略, 什么必须重点考虑,我们心中无数,考虑再三，我们决定先尽可能系统进行分析,根据分析结果 决定取舍。 经过了比较详细的分析仿真，我们明确了系统各部分的相互关系，为仿真提供了基本的 依据，较成功的设计出了我们自己的模块。经我们实际测量，能够测量的客观指标都优于 CONEXANT 的参考设计。 我们的仿真计算工作很成功。我们基本上做到了计算结果和测量结果接近（很多微波工 程师认为无法做到这一点）。我想这一点对我们后续的设计工作有较好的参考价值。我们尽 可能详细的记录了我们当时的设计思想。希望能为后来者做一块较好的垫脚石。 如果说集总参数电路的设计调试可以从理论计算分离出来的话，也就是说低频电路的调 试可以凭借经验去试的话。那么，分布参数电路的设计调试必须回到理论计算中去。 计算是分布参数电路的设计调试的前提计算是分布参数电路能够工作的前提！故而本文的总 结必须基于最基本最底层的分析。 与板材相关因素的分析： 在实际设计中，我们通常使用 FR4 的板材，其原因是它便宜、容易采购和可以用很一 般的技术来控制整个生产过程。但是这种板材也有其缺陷——介电常数很难精确控制、这种 电介质材料的损耗也较大。一般情况下，这种材料在UHF 的频段的损耗角是0.008 。这样的 情况下，如果对电路的精度和损耗要求教高，则需要考虑这种误差和损耗。所以在设计之前 首先要对电路的要求相对于元器件，这里只考滤板材的影响。为什么要做这种分析呢？其原 因是它是决定电路结构的前提。例如用同样的板材来设计滤波器，用一般的设计方法设计一 个滤波器，其空载Q 值只能做到 150 左右，但是如果采用适当的方法，可以将Q 值做到300 以上。当然，好的性能必须要付出成本的代价。我们的设计就是以最小的代价得到我们的线 路性能。从这个意义上来说，电路设计就是在代价和成本之间平衡。当然，付出了代价并不 一定得到好的性能或回报，就象本文的作者一样，只是付出代价而已。 上面讨论了分析材料的重要性，主要是板材的重要性。那么在设计中如何估算板材的影 响呢？下面讨论这一问题： 我们知道，在微带电路的设计中，最重要的参数之一是 εe, 设： λ=λ/( εe)1/2， 0 从原理上来说，λ和λ 来的都可以通过相位的测量间接的到，但是在实际操作上有困 0 难，因此，在实际的板材测量中最常用的是如下公式： 1/2 -A 2 Z =(59.9585/( εe) )*((h/w)/(6+(2*pi-6)e )+(1+(2h/w) ))) 0 这个公式在设计中很容易操作，能够根据电路的测量特性计算出板材的参数，从而进一步精 确电路设计。由于板材的参数不单单是一个介电常数。因此，如果要准确的预测电路的特性， 必须测出相应的参数。测量方法类似介电常数的测量，这里就不在赘述。实际的操作很简单， 有几个未知数，测出几个结果，连立方程即可。 滤波器或电路节的Q 值不是越高越好，要恰如其分！ Q 的最简单的验证办法就是测量带宽。本次设计中也是这样的。但是本次设计的电路结 构对Q 值是不敏感的。 设计中分析电路和电路分析的考虑 在一般的微波电路设计中，相位的控制并不是首选控制因素，特别是在阻抗匹配电路的设计 中更是如此。但是在组合放大器或天线的设计中，相移是最关键的控制因素。所以说，在组 合放大器和天线的设计中，各个元器件对相移的变化的影响是非常敏感的，因此在本项目的 设计中，相位的仿真是最根本的仿真基础。因此，如果在电路的设计中有相位的严格要求， 则电路匹配是要同时考虑相位和阻抗的要求，并且这时的仿真以相位为基准。当然，做到这 一点是很容易的。下面，我举一个例子来说明这一点；