科學(xué)掌握無線產(chǎn)品射頻電路設(shè)計
20世紀(jì)80年代開始,射頻微波電路技術(shù)的應(yīng)用方向逐漸由傳統(tǒng)波導(dǎo)同軸器件轉(zhuǎn)移到微波平面PCB電路方面,微波平面電路設(shè)計一直是一項比較復(fù)雜的工作。現(xiàn)在的無線通信產(chǎn)品已經(jīng)從早期的2G,逐步發(fā)展到3G、4G乃至5G。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201710/366890.htm隨著應(yīng)用頻率的逐步走高,再加上多頻段電路并存與產(chǎn)品小型化要求等,射頻電路的設(shè)計越來越難,傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代射頻通信產(chǎn)品設(shè)計要求。因此,借助射頻微波仿真軟件進行電路設(shè)計已勢在必行。
什么是射頻仿真軟件?
射頻仿真軟件是集計算電磁學(xué)和數(shù)學(xué)分析研究成果計算機化的產(chǎn)物,它集合了電磁學(xué)、數(shù)學(xué)分析、虛擬實驗等方法為一體,并通過仿真的方法達到預(yù)期實驗結(jié)果,得到 各種直觀數(shù)據(jù),是射頻工程師和研究人員的有力工具。射頻仿真方法是一種科學(xué)的設(shè)計方法,它可以減少調(diào)試工作量以及產(chǎn)品后期可能會出現(xiàn)的各種不確信性因素, 進而縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期,提高產(chǎn)品的一次性成功率。
射頻電路設(shè)計仿真軟件目前主流的是德科技Keysight ADS(高級設(shè)計系統(tǒng)),ADS這款軟件能夠借助集成平臺中的無線庫以及電路系統(tǒng)和電磁協(xié)同仿真功能,提供基于標(biāo)準(zhǔn)的全面設(shè)計和驗證,它已被廣泛應(yīng)用于 Wifi、GPS、藍牙、2G/3G/4G電路和通信系統(tǒng)設(shè)計中。
下面我們就以ADS軟件為例,跟大家講解下電路設(shè)計的基本過程吧!
射頻電路設(shè)計與仿真包含以下幾個步驟:
1、系統(tǒng)仿真階段:
在 產(chǎn)品立項初期,首先確定產(chǎn)品的系統(tǒng)指標(biāo)和確定電路架構(gòu),其中包括:靈敏度、前端總增益、噪聲系數(shù)、工作帶寬、動態(tài)范圍等,這些需采用ADS對電路進行系統(tǒng) 仿真。因為我們現(xiàn)在大部分產(chǎn)品都是源自國外成熟方案,芯片與電路系統(tǒng)架構(gòu)都是確定的,所以這個步驟目前在消費類產(chǎn)品中基本不會涉及到。
ADS多層仿真
2、原理圖設(shè)計仿真階段:
根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求進行方案及IC選型,包括低噪聲放大器LNA、濾波器、功率放大器設(shè)計以及級間匹配電路等。
RX接收鏈路系統(tǒng)仿真
3、PCB聯(lián)合仿真階段:
原理圖設(shè)計其實是一種很理想的狀況,它并沒有考慮到器件的寄生效應(yīng)以及PCB微帶線的耦合效應(yīng)。因此科學(xué)的做法是需要將設(shè)計好的PCB導(dǎo)入到ADS Momentum里面進行電磁場仿真,并重新調(diào)整優(yōu)化匹配元件值。根據(jù)RF sister多年的經(jīng)驗,如果模型和仿真設(shè)置得足夠正常的話,仿真結(jié)果逼近程度是非常高的。
低噪聲放大器原理圖仿真
4、產(chǎn)品調(diào)試階段:
仿真其實僅僅只能保證設(shè)計趨勢和方向的正確性,所以樣板回來后還是需要調(diào)試優(yōu)化的,記錄和保存好測試結(jié)果,并和仿真進行對比。原則上是:不管差異多大,一定要找到原因!
結(jié)合PCB低噪聲放大器聯(lián)合仿真
5、項目總結(jié)階段:
對整個仿真和實際測試結(jié)果做閉環(huán)分析——究竟是模型的問題,還是仿真參數(shù)設(shè)置的問題,又或者是PCB介電常數(shù)和介質(zhì)損耗不精準(zhǔn)的問題,是不是加工的問題呢? 在這里,我們就需要非常豐富的實踐經(jīng)驗和問題分析能力了。最后的總結(jié)很重要,將是下一步成功的基礎(chǔ),類似于華為中興等大型企業(yè)都會有寫總結(jié)文檔的習(xí)慣。
某LTE終端仿真與實測輸入阻抗對比
小貼士
方法總是美好的,但過程總是曲折。有很多小伙伴們第一次跌倒(實測和仿真差距較大)就主動放棄了,仿真和測試是否接近,其實主要取決以下幾個因素哦:
?。?)仿真軟件使用的熟練程度。需懂得仿真的基本原理,知道每一項的設(shè)置的具體含義,是否會影響到參數(shù);
?。?)測試的方法、網(wǎng)分校準(zhǔn)是否足夠正確。了解什么是SOLT、TRL,它們又各有什么優(yōu)缺點;
(3)對元器件特性及S參數(shù)模型、SPICE模型的了解夠不夠深入;
(4)經(jīng)驗是否足夠。對于閉環(huán)驗證沒有經(jīng)驗,認為一次就可以閉環(huán);
(5)最重要的一點:小伙伴個人有研究興趣,但因為公司產(chǎn)品進度趕,所以沒有做過多深入思考和更多分析的時間。
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