تعتبر دوائر الترددات اللاسلكية حساسة للغاية لإمدادات الطاقة، حيث يمثل جوهرها التباين الهائل بين حجم إشارات التشغيل الخاصة بها وضوضاء مصدر الطاقة، ويتم تعديل الضوضاء بسهولة مباشرة على حامل التردد اللاسلكي؛ يتطلب القضاء على ضوضاء الطاقة تشكيل نظام عزل وقمع كامل من أبعاد متعددة، بما في ذلك اختيار الجهاز، وتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وتصميم الهندسة المعمارية.
1. السبب الأساسي وراء حساسية دوائر الترددات اللاسلكية لإمدادات الطاقة
مستوى الإشارة لديه تباين كبير
عادةً ما تكون الإشارة المفيدة لرابط استقبال التردد اللاسلكي منخفضة حتى مستوى μV، في حين أن مواطن الخلل في المفتاح والضوضاء المتموجة على سكة الطاقة للدوائر الرقمية يمكن أن تصل بسهولة إلى مستوى mV، مع اختلاف في السعة يزيد عن 120 ديسيبل بين الاثنين. إن ضوضاء الطاقة الصغيرة كافية لتطغى تمامًا على إشارات التردد اللاسلكي الضعيفة.
نسبة رفض مصدر الطاقة (PSRR) فشل عالي التردد
يعمل PSRR الخاص برقائق الطاقة التقليدية بشكل جيد فقط في نطاق التردد المنخفض، مع انخفاض سريع في قدرة التوهين بعد تجاوز 10 ميجاهرتز. في نطاق التردد 2.4 جيجا هرتز، يكون معدل PSRR لمعظم أجهزة LDO العادية أقل من 20 ديسيبل، مما يجعل من المستحيل تقريبًا قمع الضوضاء عالية التردد. سوف يقوم تموج 1 مللي فولت الموجود على دبوس الطاقة مباشرة بتوليد إشارات متناثرة بمستوى 100 ميكروفولت عند محطة إخراج التردد اللاسلكي.
التعديل المباشر لحامل التردد اللاسلكي عن طريق الضوضاء
سوف تقترن ضوضاء النطاق العريض وتوافقيات التبديل الموجودة على مصدر الطاقة مباشرة بمسار التردد اللاسلكي من خلال دبابيس مصدر الطاقة، وتختلط مع الموجة الحاملة، وتؤدي بشكل مباشر إلى تدهور ضوضاء الطور، وEVM (سعة ناقل الخطأ)، وحساسية الاستقبال. لقد تم قياس أنه عندما يتجاوز ضجيج مصدر الطاقة -50 ديسيبل، فإن أداء EVM لـ PA سينخفض بأكثر من 15%.
تدخل تضخيم المعلمة الطفيلية
في نطاق التردد اللاسلكي، تبلغ المحاثة المكافئة لسلك أرضي بطول 1 مم حوالي 1nH، ويمكن أن تصل محاثة سلك أرضي 10 مم إلى 27 أوم. سوف تؤدي ضوضاء الارتداد الأرضي والمحاثة الطفيلية إلى زيادة تأثير التداخل لضوضاء مصدر الطاقة، مما يؤدي إلى إتلاف نقطة التشغيل المتوقعة لدائرة التردد اللاسلكي.
2. مخطط إزالة العملية الكاملة لضوضاء الطاقة للوحة RF
اختيار الطبقات وعزل رقائق الطاقة
بعد اكتمال تحويل الجهد للواجهة الأمامية DC/DC، يجب أن تكون الواجهة الخلفية مجهزة بـ LDO عالي PSRR RF مخصص لتوفير الطاقة للوحدات الأكثر حساسية مثل VCO وPLL. يتطلب LDO PSRR لا يقل عن 50 ديسيبل في نطاق التردد 2.4 جيجا هرتز، مثل نماذج مثل ADP7158 وTPS7A91.
يُحظر توفير الطاقة مباشرة لدوائر الإشارة الصغيرة للترددات اللاسلكية مع DC/DC، حيث أن توافقيات النطاق العريض المتولدة عند حافة المفتاح ستغطي مباشرة نطاق التردد من مئات ميجاهرتز إلى جيجاهرتز، مما يشكل مجموعات ضوضاء يصعب تصفيتها.
تخطيط دقيق لمكثف الفصل متعدد المستويات
تم اعتماد مزيج من "مكثف تخزين الطاقة ذو السعة الكبيرة + مكثف ترشيح متوسط السعة + مكثف صغير عالي التردد": يتم وضع مكثف 10 μF X7R عند مدخل الطاقة، ويتم تركيب مكثفات NPO/MLCC عالية التردد 100nF و10pF بشكل تسلسلي داخل 1 مم من دبوس إمداد طاقة الرقاقة، مما يغطي نطاقات تردد قمع الضوضاء من DC إلى عشرات غيغاهرتز.
اتبع بدقة مبدأ أقصر دائرة: المسافة بين دبوس تأريض المكثف وأرض الرقاقة أقل من 20/20 (حوالي 2.5 مم عند 2.4 جيجا هرتز)، مع تجنب إدخال الحث الطفيلي بواسطة أسلاك طويلة لتعويض تأثير الترشيح عالي التردد للمكثف.
الاختناق المستهدف للخرزات المغناطيسية/المحاثات
على المسار الفرعي لمصدر الطاقة الرقمي ومصدر الطاقة الرئيسي الذي يدخل مجال التردد الراديوي، يتم تحديد خرزات مغناطيسية ذات مقاومة عالية بما فيه الكفاية عند نقطة تردد الضوضاء المستهدفة ومقاومة تيار مستمر أقل من 0.5 أوم. على سبيل المثال، في سيناريو 2.4 جيجا هرتز، يتم تحديد النماذج ذات معاوقة 2.4 جيجا هرتز أكبر من أو تساوي 500 أوم لتحقيق عزل ضوضاء الطاقة بين المجال الرقمي ومجال التردد اللاسلكي.
في مسار إمداد الطاقة PA الحالي العالي، يتم اختيار مغو ملفوف عالي التردد من 3-5nH كخنق، ويتم حجز منطقة توزيع محظورة تزيد عن 1 مم حوله لتجنب السعة الطفيلية وتقليل تأثير الترشيح.
تكديس ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتصميم قسم الطاقة
يوصى باستخدام مجموعة من 4 طبقات أو أعلى من "طبقة الإشارة الكاملة لطبقة الطاقة الأرضية"، مع طبقة أرضية كاملة من الطبقة الثانية توفر مقاومة منخفضة لأسلاك التردد اللاسلكي أثناء عزل الاقتران الطفيلي بين طبقة الطاقة وطبقة إشارة التردد اللاسلكي.
اعتماد بنية مصدر الطاقة على شكل نجمة: بعد تصفية مدخل مصدر الطاقة الرئيسي بشكل موحد، فإنه يوفر الطاقة إلى LNA، PA، وVCO من خلال فروع حبة مغناطيسية مستقلة. يتم فصل مصدر الطاقة التناظري ومصدر الطاقة الرقمي ومصدر طاقة التردد اللاسلكي تمامًا، ويُحظر تداخل طبقات مصدر الطاقة المختلفة في الفضاء لتجنب الحديث المتبادل للسعة الطفيلية.
تم اختبار تحسين التحقق من الحلقة المغلقة
قم بمسح نقاط الضوضاء الساخنة على لوحة تحديد المواقع باستخدام مسبار المجال القريب، واستخدم محلل الطيف لقياس طيف الضوضاء مباشرة لدبابيس طاقة شريحة التردد اللاسلكي. بالنسبة لنقاط التردد المفرطة، قم بإضافة مكثفات ترشيح مخصصة في مواضع توجيه الطول الموجي 1/4 المقابلة لتحقيق تقليل الضوضاء بشكل دقيق.