EDA軟件下的射頻電路設(shè)計(jì)
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摘要：傳統(tǒng)的射頻電路設(shè)計(jì)過程復(fù)雜低效，基于eda軟件的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為射頻電路設(shè)計(jì)的主流。通過軟件仿真，性能分析、電路設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化等過程，能有效提高效率，使電路設(shè)計(jì)周期得到縮短。本文對基于EDA軟件的射頻電路設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：EDA軟件；射頻電路；低通濾波器
1射頻電路設(shè)計(jì)中的EDA
Agilent公司開發(fā)的ADS軟件已成為射頻設(shè)計(jì)最廣泛使用的EDA工具，另外還有AWR等小型電路設(shè)計(jì)軟件可輔助設(shè)計(jì)。ADS軟件是一款綜合性電子設(shè)計(jì)軟件，在電磁兼容分析、電路設(shè)計(jì)分析、器件分析等方面具有較高的計(jì)算精準(zhǔn)度。針對我國目前常使用的微帶無源電路，比如耦合器、濾波器與無源匹配傳輸線路等，可以利用AWR等快速計(jì)算參數(shù)，部分濾波器件能夠直接使用設(shè)計(jì)向?qū)?，較為迅速，之后在ADS中通過EM仿真創(chuàng)建模型，利用FEM或者M(jìn)OM實(shí)現(xiàn)優(yōu)化仿真得到最佳電路參數(shù)，使設(shè)計(jì)效率及準(zhǔn)確度得到提高[1]。
2基于EDA軟件的射頻電路設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一款射頻低通濾波器，要求帶內(nèi)波紋為0.2dB，截止頻率為2.2GBz，組帶頻率為4.2GHz時(shí)組帶最小衰減30dB，輸入輸出端特性阻抗為50Ω。利用微帶實(shí)現(xiàn)，基片參數(shù)設(shè)置為9.66。低通濾波器設(shè)計(jì)方法包括影像參數(shù)法、分布參數(shù)法、綜合設(shè)計(jì)法。綜合設(shè)計(jì)法也稱為原型設(shè)計(jì)法，是基于衰減與相移函數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)綜合理論先得到集總元件的低通原型電路，之后通過射頻結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低通原型電路中的元件。低通原型設(shè)計(jì)步驟為：對歸一化頻率進(jìn)行計(jì)算，以給定通帶和衰減值，查看工程圖表，確定元件數(shù)目N及濾波器元件的歸一化值，并且確定串并聯(lián)方式，最后計(jì)算所有元件真實(shí)值。
2.1原型濾波器確定
利用MicrowaveOffice軟件中FilterSynthesisWizard功能，依次選擇切比雪夫式、低通，將上述指標(biāo)參數(shù)輸入到參數(shù)定義頁面中。將原型濾波器設(shè)置為集總元件、理想電路模型、電容輸入式。全部實(shí)現(xiàn)后，即可生成原型濾波器原理圖。
2.2微帶線結(jié)構(gòu)尺寸
使用高低阻抗線進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，微帶線寬度通過MicrowaveOffice軟件中Txline直接計(jì)算得出，輸入基片參數(shù)與工作頻率，低阻抗線設(shè)置為10Ω，得出低阻抗線寬度為10.4；高阻抗線設(shè)置為80Ω，得出高阻抗線寬度為0.29mm。
2.3焊盤設(shè)計(jì)
在射頻電路設(shè)計(jì)過程中，超高頻RFID讀寫器射頻電路焊盤的設(shè)計(jì)主要包括：其一，PAD設(shè)計(jì)。PAD為元件物理焊盤，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，假如此為正片層，要利用Regularpad實(shí)現(xiàn)連接。相反，假如為負(fù)片層，要利用Thermalrelief實(shí)現(xiàn)連接，并且利用Antipad隔離。其二，其他層設(shè)計(jì)。焊盤中除了PAD層，還有預(yù)留層、助焊層、阻焊層等。在設(shè)計(jì)助焊層的過程中要使用鋼板實(shí)現(xiàn)，和PCB相應(yīng)元器件結(jié)合實(shí)現(xiàn)打孔，這個(gè)時(shí)候錫膏漏下能夠焊接。另外，還要對焊層尺寸進(jìn)行保證。對阻焊層來說，其實(shí)就是綠油部分，在板子中映射的為露出來的銅皮，為了使其厚度得到增加，要設(shè)置阻燃層，使相應(yīng)要求低餓到滿足。預(yù)留層的主要目的就是對用戶信息進(jìn)行添加，尺寸和助焊層尺寸一樣[2]。
2.4封裝設(shè)計(jì)
在PCD設(shè)計(jì)的過程中，要提前設(shè)計(jì)各器件封裝，使用Allegro創(chuàng)建封裝庫，對各部件參數(shù)進(jìn)行檢查，之后連接焊盤，最后直接導(dǎo)入。
2.5布線設(shè)計(jì)
在RF電路設(shè)計(jì)中，傳輸線布線方式對射頻信號性能有直接影響。其一，阻抗匹配設(shè)計(jì)。針對信號完整、無損傳輸?shù)龋瑐鬏斁€阻抗匹配為主要內(nèi)容。因?yàn)樯漕l原件阻抗為50Ω，所以要求傳輸線也是50Ω。因?yàn)閭鬏斁€會(huì)受到介質(zhì)常數(shù)、導(dǎo)線厚度、阻焊層厚度、所在層厚度等因素影響，所以要利用PolarSi8000軟件進(jìn)行計(jì)算；其二，走線規(guī)則。在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中要去線路布設(shè)踐路路徑最短，并且避免出現(xiàn)變形等問題，使損耗得到降低。另外，信號之間傳輸距離要求落實(shí)3-W原則，避免緊鄰傳輸線出現(xiàn)磁通耦合等問題；其三，降低信號回流路徑。在PCB布線時(shí)，要求信號回路路徑降低，以此使高頻輻射得到降低。在高速信號傳輸?shù)倪^程中，信號流向?yàn)橥ㄟ^驅(qū)動(dòng)器，由PCB傳輸線到負(fù)載，并且根據(jù)電源最短線路返回到驅(qū)動(dòng)器端[3]。
2.6射頻接收電路設(shè)計(jì)
讀卡器接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用零中頻接收結(jié)構(gòu)，為了避免零中頻直流偏差干擾，使射頻電路靈敏度得到提高，使用雙通道零中頻接收結(jié)構(gòu)，如圖1。天線接收標(biāo)簽方向散射回信號AM波。通過試驗(yàn)與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)使用雙通道中頻接收體系。天線接收射頻信號，經(jīng)帶通濾波與低噪聲放大之后，功分器輸出相差90°且功率相等的上下兩路射頻信號。本振信號也通過功分器劃分成為功率相等且相差90°的兩路信號。兩路信號分別進(jìn)行混頻，通過低通濾波器濾波，輸出兩路相位相差180°的基帶信號，再經(jīng)差分放大后，信號通過電壓比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字基帶信號[4]。
2.7射頻發(fā)送電路設(shè)計(jì)
射頻發(fā)送電路由基帶調(diào)制、放大與濾波等組成，采用幅度鍵控調(diào)制。圖2為調(diào)制原理圖，通過控制芯片編碼信號Signal先進(jìn)反向，之后分為兩路，一路送到HMC195的第4引腳B，另外一路通過再次反向之后送入到芯片第6引腳A中，在Signal為1的時(shí)候，通過一次反向之后的B為0，通過兩次反向之后的A為1，此開關(guān)使第5引腳與第1引腳接通，送出高頻信號，在Signal為0的時(shí)候，B就是1，A就是0，開關(guān)實(shí)現(xiàn)芯片3、5兩個(gè)引腳的導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)射頻信號通斷鍵控[5]。信號通過調(diào)制之后送入到帶通濾波器中，對調(diào)制過程中的雜波進(jìn)行濾除，濾波器使用B4637芯片，其屬于應(yīng)用到無線通信與移動(dòng)通信的低損耗、低功耗的射頻帶通濾波器，中心頻率設(shè)置為915MHz，通帶帶寬為26MHz，具有良好的邊沿截止特性，能夠有效濾除濾波器通帶范圍外信號。射頻信號通過過濾后的信號功率逐漸縮小，要通過功放進(jìn)行放大，之后送到天線發(fā)射。設(shè)計(jì)中使用MAX2056芯片，此芯片為800MHz到1000MHz信號的專用放大器，其增益為15.5dB，噪聲系數(shù)為-4.5dB，可用于本系統(tǒng)放大信號[6]。
3結(jié)束語
EDA技術(shù)歷經(jīng)三個(gè)發(fā)展階段，早期EDA軟件使工作人員勞動(dòng)負(fù)荷得到降低，使工作效率得到提高，但是自動(dòng)化比較低。在EDA不斷發(fā)展過程中也逐漸成熟，其不再是適應(yīng)單一工作需求程序軟件，而是能夠替代大部分人力設(shè)計(jì)高級軟件仿真系統(tǒng)。本文對通信系統(tǒng)主要射頻部分的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，和實(shí)際使用結(jié)合表示，此設(shè)計(jì)實(shí)用且有效。
參考文獻(xiàn)
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作者：劉秉科 單位：天水師范學(xué)院