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阻抗匹配造成与芯片手册推荐电路偏差大的原因

时间:2024-04-05 11:58来源:[db:来源] 作者:admin 点击:
[db:摘要]
1理想的匹配
通信系统的射频前端一般都需要阻抗匹配来确保系统有效的接收和发射,在工业物联网无线通信系统中,国家对发射功率的大小有严格要求,如不高于+20dBm;若不能做到良好的匹配,就会影响系统的通信距离。
射频前端最理想的情况就是源端、传输线和负载端都是50Ω,如图1。但是这样的情况一般不存在。即使电路在设计过程中仿真通过,板厂制作过程中,线宽、传输线与地平面间隙和板厚都会存在误差,一般会预留焊盘调试使用。

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图1 理想的阻抗匹配
2造成与芯片手册推荐电路偏差大的原因?
从事RF电路设计工程师都有过这样的经验,做匹配电路时,根据数据手册给的S参数、电路拓扑结构、元器件的取值进行设计,最后得到的结果和手册上的差别很大。这是为什么呢?
其主要原因是对射频电路来说,“导线”不再是导线,而是具有特征阻抗。如图2所示,射频传输线看成由电阻电容和电感构成的网络,此时需要用分布参数理论进行分析,参考资料[4][7]。

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图2 传输线模型
特征阻抗与信号线的线宽(w)、线厚(t)、介质层厚度(h)和介质常数(ε)有关。其计算公式如下:

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由公式可以知道,特征阻抗和介质层厚度成正比,可以理解为绝缘厚度越厚,信号穿过其和接地层形成回路所遇到的阻力越大,所以阻抗值越大;和介质常数、线宽和线厚成反比。
因为芯片的应用场景不同,虽然电路设计一样,但是设计的PCB受结构尺寸、器件种类、摆放位置等因素的影响,会导致板材、板厚、布线的不同,引起特征阻抗的变化。当我们还是沿用手册给的参数进行匹配时,并不能做到良好阻抗匹配,自然会出现实际测试的结果与手册给的结果偏差较大的情况。
虽然我们不能完全照搬芯片手册电路的所有参数,但可以参考其中的拓扑结构,如π型、T型或者L型等。那接下来我们应该如何调试那些参数呢?
3 常规的调试方法
完成PCB设计之后,进入调试过程,有的工程师对这个过程茫然失措,不知道该如何入手。有的工程师会回到数据手册,把手册提供的参数直接焊接到PCB上,通过频谱仪观察功率输出,若不符合期望值;则调整其中的电容和电感,改大或者调小,然后焊回到PCB上,不断的迭代,直到输出值符合期望。 (责任编辑:admin)

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