13.基础电路设计(十三)5GHz的高频电路设计技巧
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高频电路设计布线技巧,您需要知道这十项规则如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量(比如说1/3),通常就称为高频电路。
高频电路设计是一个非常复杂的设计过程,其布线对整个设计至关重要!【第一招】多层板布线高频电路往往集成度较高,布线密度大,采用多层板既是布线所必须,也是降低干扰的有效手段。
在PCB Layout阶段,合理的选择一定层数的印制板尺寸,能充分利用中间层来设置屏蔽,更好地实现就近接地,并有效地降低寄生电感和缩短信号的传输长度,同时还能大幅度地降低信号的交叉干扰等,所有这些方法都对高频电路的可靠性有利。
有资料显示,同种材料时,四层板要比双面板的噪声低20dB。
但是,同时也存在一个问题,PCB 半层数越高,制造工艺越复杂,单位成本也就越高,这就要求我们在进行PCB Layout时,除了选择合适的层数的PCB板,还需要进行合理的元器件布局规划,并采用正确的布线规则来完成设计。
【第二招】高速电子器件管脚间的引线弯折越少越好高频电路布线的引线最好采用全直线,需要转折,可用45度折线或者圆弧转折,这种要求在低频电路中仅仅用于提高铜箔的固着强度,而在高频电路中,满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。
【第三招】高频电路器件管脚间的引线越短越好信号的辐射强度是和信号线的走线长度成正比的,高频的信号引线越长,它就越容易耦合到靠近它的元器件上去,所以对于诸如信号的时钟、晶振、DDR的数据、LVDS线、USB 线、HDMI线等高频信号线都是要求尽可能的走线越短越好。
【第四招】高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好所谓引线的层间交替越少越好是指元件连接过程中所用的过孔(Via)越少越好。
据侧,一个过孔可带来约0.5pF的分布电容,减少过孔数能显著提高速度和减少数据出错的可能性。
【第五招】注意信号线近距离平行走线引入的串扰高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的串扰,串扰是指没有直接连接的信号线之间的耦合现象。
高频通讯电路设计
高频通讯电路设计是现代通讯技术中的重要组成部分,它能够实现高速、稳定、精确的信号传输,为人们的生活和工作提供了便利。
在高频通讯电路设计中,需要考虑诸多因素,包括频率、带宽、信噪比、功率等,以确保信号的传输质量。
首先,高频通讯电路设计需要考虑的因素之一是频率。
通讯电路的频率通常处于几百兆赫兹至几千兆赫兹的范围内,因此需要选择适合这一范围的元器件和材料,以满足高频信号的传输需求。
同时,还需要考虑信号的带宽,确保信号能够完整地传输,不受到频率限制的影响。
其次,高频通讯电路设计还需要关注信噪比的问题。
在高频通讯中,信号受到干扰的可能性较大,因此需要设计合理的滤波器和抑制器,以降低信号的干扰和噪声,提高通讯质量。
这需要合理选择元器件和设计电路结构,以确保信噪比在合理范围内。
另外,在高频通讯电路设计中,功率也是一个重要的考量因素。
高频信号传输需要较大的功率支持,因此需要设计合理的功率放大器和功率调节器,以确保信号传输的稳定和可靠。
综上所述,高频通讯电路设计是一项复杂而重要的工作。
在这一过程中,需要综合考虑频率、带宽、信噪比、功率等多个因素,以确保通讯信号的稳定、高效传输。
随着通讯技术的不断发展,高频通讯电路设计也将不断创新和完善,为人们的通讯生活带来更多便利和可能。
高频电路的设计与仿真方法电子与电气工程是现代科技发展中不可或缺的重要学科,它涵盖了电子、电气、通信等领域的理论与技术。
其中,高频电路的设计与仿真是电子与电气工程中的一个重要分支,它在无线通信、雷达、卫星导航等领域起着关键作用。
本文将介绍高频电路的设计与仿真方法,帮助读者了解高频电路的基本原理和实践应用。
一、高频电路的基本原理高频电路是指工作频率在几十千赫兹(kHz)到几百千兆赫兹(GHz)范围内的电路。
与低频电路相比,高频电路在设计和分析上面临着更多的挑战,因为高频信号的特性与传统电路有很大的差异。
高频电路的主要特点包括:信号传输路径长度较短、电路元件尺寸较小、电磁波传播效应显著等。
因此,高频电路的设计与仿真需要考虑到这些特点,并采用相应的方法与工具。
二、高频电路设计的基本步骤高频电路的设计过程可以分为以下几个基本步骤:需求分析、电路拓扑设计、元件选择、参数计算、电路布局与布线、仿真与调试等。
需求分析是高频电路设计的第一步,它需要明确电路的功能需求、工作频率范围、性能指标等。
在电路拓扑设计阶段,设计师需要选择适合的电路结构和拓扑,以满足设计需求。
元件选择是指根据设计要求选择合适的电子元件,如电容、电感、晶体管等。
参数计算是根据电路设计需求,计算各个元件的参数值,如电容的容值、电感的感值等。
电路布局与布线是将元件按照一定的布局规则进行布置,并通过导线进行连接。
最后,通过仿真与调试可以验证电路的性能指标是否满足设计要求,并进行必要的优化。
三、高频电路的仿真方法在高频电路设计中,仿真是一种重要的工具,它可以帮助设计师预测电路的性能、验证设计的正确性,并进行性能优化。
常用的高频电路仿真方法包括:基于电磁场的三维电磁仿真、基于电路的线性仿真和非线性仿真。
基于电磁场的三维电磁仿真是一种较为精确的仿真方法,它可以考虑到电磁波在电路中的传播和反射等效应。
该方法使用专业的电磁场仿真软件,如Ansys HFSS、CST Microwave Studio等,通过建立几何模型、设置边界条件和材料参数等,对电磁场进行数值求解,得到电路的电磁特性。
高频电子线路课程设计背景高频电子线路是电子工程中重要的一门学科,它涉及到射频信号处理、微波电路、天线设计等领域。
基本电路设计知识在高频电子线路中同样适用,但需要深入理解和掌握高频电路特性和性能参数,设计复杂又具有挑战性。
本文将针对高频电子线路课程设计进行详细阐述,帮助学生加深对于高频电子线路的理解和知识,同时具备实际应用价值。
设计目标设计一个5GHz的放大器电路,输入信号功率为-10dBm,输出信号功率为18dBm,增益不小于15dB。
设计步骤1. 确定放大器类型初步确定本次设计需要采用低噪声放大器(LNA),由于输入信号功率较低,需要保证输入电路的低噪声水平,同时保证放大器输出功率足够。
2. 设计输入电路输入电路的设计需要注意两点:一是适应5GHz信号的高频特性,二是实现低噪声。
输入电路可以采用微带线或共面波导作为传输线,并且要与放大器贴片封装相匹配。
3. 选择放大器器件在选择放大器器件时,需要注意输入/输出功率、增益、稳定性、电源电压等参数。
按照本次设计的要求,需要满足输入功率为-10dBm,输出功率为18dBm,且增益大于15dB。
因此,可以选择如下几个型号的器件:•Avago ATF-54143•NXP BFG425W/X•Linear Technology LTC2216CUJ-TRPBF4. 设计放大器电路放大器电路分为两个部分:共源放大器和输出级放大器。
在搭建放大器电路之前,需要评估器件的参数,包括输入阻抗、输出阻抗、谐振频率等。
放大器电路中还需要加入偏置电路,以保证放大器器件工作的稳定性。
具体放大器电路设计如下:5. 仿真和调试在完成放大器电路设计后,需要进行仿真和调试。
使用ADS软件对放大器电路进行仿真,评估电路的性能,如增益、频率响应、稳定性等。
在仿真过程中,可以通过调整偏置电路的元件值、调整电缆长度、改变传输线贴片等方式对电路进行调整,直到达到设计要求。
仿真结果如下:6. 实验验证在验证电路的性能之前,需要制作PCB板,将电路固定在板子上。
电路中的高频电路和射频电路设计电子技术的不断发展,使得无线通信技术得到了迅速的发展和普及。
在无线通信领域中,高频电路和射频电路起着至关重要的作用。
本文将重点探讨电路中的高频电路和射频电路设计,并且对其原理和应用进行分析。
一、高频电路设计高频电路是指工作频率在数百千赫至数百兆赫范围内的电路。
在高频电路设计中,需要考虑的因素众多,如材料的损耗、电路的稳定性和抗干扰能力等。
下面,将从材料选择、布局设计和电源稳定性等方面来介绍高频电路设计的要点。
1. 材料选择在高频电路设计中,材料的选择是至关重要的。
因为不同材料的特性会对电路的性能产生重大影响。
例如,导体材料的电导率和损耗因子应该尽可能低,以减小信号的损耗。
绝缘材料应具有良好的绝缘性能和低介电常数,以减小信号的衰减和交叉干扰。
2. 布局设计在高频电路设计中,布局设计对电路的性能起着重要作用。
首先,将不同的功能模块分开布局,以减少干扰和串扰。
同时,要合理布局信号线和电源线,减小信号传输的损耗和电源的波动。
3. 电源稳定性高频电路对电源的稳定性要求非常高,因为电源波动会直接影响到电路的性能和稳定性。
因此,在设计中需要添加稳压电路、滤波电路和抑制电感电容等元件,以保证电源的稳定性。
二、射频电路设计射频电路是指工作频率在几十兆赫至几百千赫范围内的电路。
射频电路设计相比于普通的电路设计更为复杂,需要更高的技术水平和更深入的理解。
以下将从天线设计、功率放大器设计和滤波器设计等方面来介绍射频电路设计的要点。
1. 天线设计天线作为射频电路的重要组成部分,其设计直接影响到无线通信的传输性能。
在天线设计中,需要考虑天线的频率响应、增益、辐射图案等因素。
同时,还需要避开电路干扰,减小天线和其他器件的耦合。
2. 功率放大器设计功率放大器在射频电路中承担着放大和传输信号的重要任务。
功率放大器设计的关键是选择合适的放大器结构和参数,以满足射频信号的要求。
在设计过程中,需要注意功率放大器的线性度、效率和稳定性等因素。
总结一些高频电路的设计技巧及注意事项电子技术快速发展,以及无线通信技术在各领域的广泛应用,高频、高速、高密度已逐步成为现代电子产品的显着发展趋势之一。
信号传输高频化和高速数字化,迫使PCB走向微小孔与埋/盲孔化、导线精细化、介质层均匀薄型化,高频高速高密度多层PCB设计技术已成为一个重要的研究领域。
作者根据多年在硬件设计工作中的经验,总结一些高频电路的设计技巧及注意事项,供大家参考。
1、如何选择PCB 板材?选择PCB 板材必须在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点。
设计需求包含电气和机构这两部分。
通常在设计非常高速的PCB 板子(大于GHz 的频率)时这材质问题会比较重要。
例如,现在常用的FR-4 材质,在几个GHz 的频率时的介质损耗(dielectric loss)会对信号衰减有很大的影响,可能就不合用。
就电气而言,要注意介电常数(dielectric constant)和介质损在所设计的频率是否合用。
2、如何避免高频干扰?避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰,也就是所谓的串扰(Crosstalk)。
可用拉大高速信号和模拟信号之间的距离,或加ground guard/shunt traces 在模拟信号旁边。
还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。
3、在高速设计中,如何解决信号的完整性问题?信号完整性基本上是阻抗匹配的问题。
而影响阻抗匹配的因素有信号源的架构和输出阻抗(output impedance),走线的特性阻抗,负载端的特性,走线的拓朴(topology)架构等。
解决的方式是靠端接(termination)与调整走线的拓朴。
4、差分布线方式是如何实现的?差分对的布线有两点要注意,一是两条线的长度要尽量一样长,另一是两线的间距(此间距由差分阻抗决定)要一直保持不变,也就是要保持平行。
平行的方式有两种,一为两条线走在同一走线层(side-by-side),一为两条线走在上下相邻两层(over-under)。
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在通信、雷达、卫星导航等领域,高频电路的设计应用广泛,因此对于工程师来说,了解高频电路设计的原理和方法是非常必要的。
一、高频电路设计的基础知识在进行高频电路设计之前,首先需要了解一些基础知识。
高频电路的特点是在设计时需要考虑电磁波的传输和辐射效应,因此对于传输线、滤波器、功率放大器、混频器等组件的特性要有深入的了解。
电子设计中的高频电路设计在电子设计中,高频电路设计是一项非常重要的任务。
高频电路设计涉及到信号的传输和处理,因此需要特别关注信号的稳定性、准确性和抗干扰能力。
在进行高频电路设计时,需要考虑一系列因素,包括电路的频率响应、功率损耗、噪声性能、匹配阻抗等。
首先,在高频电路设计中,频率响应是一个关键因素。
频率响应指的是电路在不同频率下的表现,包括增益、相位延迟等。
在设计高频电路时,需要确保电路在设计频率范围内有较为平坦的频率响应,以保证信号传输的准确性和稳定性。
其次,功率损耗是高频电路设计中需重点关注的问题之一。
在传输高频信号时,电路会产生一定的功率损耗,如果功率损耗过大会影响信号的传输效果。
因此,在设计高频电路时需要选择合适的元件和材料,以降低功率损耗,提高电路的效率。
另外,噪声性能也是高频电路设计中需要考虑的重要因素。
在高频电路中,会存在各种形式的噪声,如热噪声、亚瓦噪声等。
为了减小噪声的影响,需要设计合适的滤波器、放大器等电路来降低噪声水平,提高信号的清晰度。
此外,在高频电路设计中,匹配阻抗也是一个关键问题。
匹配阻抗的不匹配会导致信号反射和功率损耗,影响整个电路的性能。
因此,在设计高频电路时,需要确保各个组件之间的匹配阻抗,以保证信号的稳定传输和最大功率传输。
总的来说,高频电路设计需要综合考虑频率响应、功率损耗、噪声性能和匹配阻抗等因素,以确保电路的性能和稳定性。
通过合理的设计和参数选择,可以有效地提高高频电路的工作效率和可靠性,实现更好的信号传输和处理效果。
因此,在进行高频电路设计时,需要谨慎选择元件和设计电路,以满足设计要求和提高电路性能。
一、高频电路的一般设计方法电子电路种类很多,千差万别,设计方法和步骤也因不同情况而异。
这里给出高频电路设计的一般步骤,以供参考,设计者应根据具体情况,灵活掌握。
1.总体实现方案的选择由课题要求实现的电路功能及性能指标,决定最终实现电路的构成。
2.单元电路形式的选择根据课题要求实现的电路性能指标,确定总体实现方案中,各单元电路的形式。
3.电路参数的计算根据所选单元电路的形式,对组成电路的各元器件的值进行计算。
4.元器件的选择元器件的选择,除了要考虑计算出的参数值外,还要遵从节约电路成本,元器件购买方便,以及尽量利用现有条件实现的原则。
以上各步骤之间不是绝对独立的,往往需要交叉进行,尤其是有时受到元器件选择的限制,常会推翻最初的设计方案,从头来做。
所以,在进行电路设计之初,要先把可能限制电路实现的因素考虑好,再着手设计,往往可以达到事半功倍的效果。
在完成电路设计之后,可以使用计算机辅助分析软件(例如Pspice)进行电路仿真,做初步调整,然后到实验室装调电路,在调试中分析和解决常见的电路故障。
二、高频电路设计举例真正实用的发射机、接收机的技术指标项目较多,因为学生刚接触到这方面的知识,所以给定的题目中只是要求结合基础知识完成几项主要技术指标。
而整机电路形式的选取可以是分立元件为主,分立与集成电路混合,也可以是单片集成发射与接收系统。
任务:小功率调幅发射机设计技术指标:载波频率f0=2MHz,载波频率稳定度不低于10-3/分钟,输出负载R L=75Ω,发射功率(输出负载R L 上的功率)P0≥10mW,调制度m a=30%~80%可调,调制频率F=500Hz~3kHz。
(一)实现方案的选择图1 调幅发射系统框图1.调幅发射系统分析图1为最基本的调幅发射系统框图。
主要由主振荡器、缓冲级、高频小信号放大器、调制器、高频功率放大器、低频电压放大器等电路组成。
在组成电路中,除了主振器、调制器、调制信号是最基本的组成单元,不能缺少外,其他单元电路的选择,主要根据设计指标要求来确定。
5khz振荡电路设计5kHz振荡电路设计是一种常见的电路设计任务,可以用于许多应用,如音频信号发生器、通信设备和控制系统等。
本文将详细介绍5kHz振荡电路的设计原理和步骤。
1. 设计目标:首先,确定设计目标,包括振荡频率、稳定性要求和输出信号形式等。
在本例中,我们的设计目标是生成5kHz的正弦波信号,要求频率稳定性高,并且输出电压幅值可调。
2. 振荡电路原理:5kHz振荡电路通常使用RC振荡器或LC振荡器实现。
在本文中,我们将使用RC振荡器作为示例。
3. RC振荡器设计:RC振荡器由一个放大器和一个反馈网络组成。
放大器负责放大信号,而反馈网络则提供正反馈,使得系统能够自激振荡。
4. 放大器选择:选择合适的放大器是设计振荡电路的关键。
常见的选择包括运算放大器、晶体管放大器和集成运算放大器等。
在本文中,我们将选择集成运算放大器作为放大器。
5. 反馈网络设计:反馈网络由电阻和电容组成,用于提供正反馈。
根据RC振荡器的设计原理,我们需要选择合适的电阻和电容值来实现5kHz的振荡频率。
可以使用经验公式或计算工具来计算电阻和电容的值。
6. 稳定性分析:在设计振荡电路时,需要考虑电路的稳定性。
稳定性可以通过相位边界条件和增益边界条件来分析。
确保相位边界条件和增益边界条件满足要求,以保证电路的稳定性。
7. 输出信号调节:根据设计要求,我们可能需要调节输出信号的幅值。
可以使用电阻分压、变压器或运算放大器等方法来实现输出信号的调节。
8. 电源和耦合:在设计振荡电路时,需要考虑电源和耦合问题。
选择合适的电源和耦合方式,以确保电路的稳定性和可靠性。
9. PCB布局和布线:最后,设计完成后需要进行PCB布局和布线。
合理的布局和布线可以减少干扰和噪声,提高电路的性能和稳定性。
总结:本文详细介绍了5kHz振荡电路的设计原理和步骤。
通过选择合适的放大器、设计反馈网络、分析稳定性、调节输出信号和考虑电源和耦合等问题,可以设计出满足要求的5kHz振荡电路。
如何设计高频电路的布线在设计高频电路时,合理的布线是至关重要的。
布线的好坏直接影响电路的性能和稳定性。
因此,本文将介绍一些设计高频电路布线的基本原则和技巧,以帮助读者更好地进行高频电路设计。
一、布线的基本原则1. 最短路径原则:布线时应尽量减少信号传输路径的长度。
短路径能够有效减小信号的传输时间和功耗,并减少信号受到干扰的可能性。
2. 分离高频和低频信号:在布线时,应将高频信号的传输线和低频信号的传输线分离排布,以防止相互干扰。
可以采用分层布线的方式,将高频和低频信号分别布置在不同的层次上。
3. 交错式布线:交错式布线是一种常用的布线方式,它可以使信号传输路径更短,同时减小信号线之间的串扰。
在交错式布线时,应尽量避免信号线之间的交叉,以减少串扰的可能性。
4. 等长配线:对于高频信号的布线,应尽量使信号线的长度相等,以避免信号传输速度不一致带来的相位差和信号失真。
二、布线的技巧1. 倒角:在布线时,应避免直角走线,而采用圆滑的倒角方式。
直角会导致信号的反射和干扰,而倒角可以减少信号的反射并提高信号质量。
2. 地线的设计:地线在高频电路中起到重要的作用,它能够提供良好的信号返回路径,减小信号引入的干扰。
因此,在布线时应充分考虑地线的设计,尽量使地线宽度宽而短。
3. 信号线和电源线的分离:为了避免电源线对信号线的干扰,应尽量将信号线和电源线分开布置,并且在布线时应采取相应的阻隔措施,如相隔一定距离或采用屏蔽材料隔离。
4. 绕行细小器件:在布线时,应尽量绕行细小器件,以确保其正常工作并减少对布线的限制。
特别是对于高频电路中的小型电容和电感器件,应选择合适的布线路径,避免产生电磁干扰。
5. 使用地面层和屏蔽层:地面层和屏蔽层能够提供良好的地线和屏蔽效果,可以减小信号的串扰和干扰。
在布线时应充分利用地面层和屏蔽层,尽量将信号线与其他线路分开,并增加布线层次的灵活性。
三、总结设计高频电路布线需要遵循一定的原则和技巧,以确保电路的性能和稳定性。
5khz振荡电路设计1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括以下内容:在电子领域中,振荡电路是非常重要的一种电路。
振荡电路可以产生稳定的交流信号,并在许多应用中发挥着关键的作用。
本文将重点介绍5kHz振荡电路的设计。
随着科技的不断发展,频率范围越来越广的振荡电路得到了广泛的研究和应用。
5kHz振荡电路是其中之一,它的频率范围适合许多常见的应用场景,如音频信号传输、通信系统、测量仪器等。
本文将首先介绍5kHz振荡电路的基本原理,包括振荡现象的起因和基本原理原则。
随后,将重点讨论5kHz振荡电路设计的要点,包括选择合适的元器件、设计稳定的反馈网络等关键步骤。
通过本文的学习,读者将能够掌握5kHz振荡电路设计的基本方法和技巧,从而能够根据特定需求设计出稳定可靠的5kHz振荡电路。
最后,本文将对本次工作进行总结,并对未来进一步研究和改进的方向进行展望。
通过本文的阅读,读者将能够深入理解5kHz振荡电路的原理和设计要点,为实际应用提供有价值的参考和指导。
希望本文能够对读者在振荡电路设计领域的学习和研究有所帮助。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示:1.2 文章结构本文将按照以下结构来展开对5kHz振荡电路设计的讨论:1. 引言: 介绍本文将要讨论的主题,即5kHz振荡电路设计。
在这一部分中,将给出对振荡电路的概述,介绍该电路的基本原理以及设计要点,并明确本文的目的。
2. 正文: 在本章中,将详细阐述5kHz振荡电路的基本原理,包括其工作原理、电路组成和关键参数等。
同时,还将探讨该振荡电路的设计要点,如电路的稳定性、频率调节、幅度控制等等。
通过对这些要点的讨论,读者将能够深入了解5kHz振荡电路的设计原理和方法。
3. 结论: 在本章中,将总结本文的主要内容和研究成果。
我们将回顾和归纳振荡电路设计的关键要点,并提出对未来发展的展望。
同时,也会指出一些可能的改进方向和存在的问题,以此为读者提供一些启示和思考。
5GHz的高频电路设计技巧随着移动电话、WLAN(Wireless Local Area Network)、蓝牙(Bluetooth)的普及化,高频电子设备已经成为生活中的必需品,而电子设备使用的频率也从过去的1GHz逐渐朝5GHz甚至更高频方向发展。
由于FET等主动电子组件与电容、电感等被动电子组件性能的提升,使得高频电路的特性获得大幅的改善。
以往GHz的电路大多是由micro strip line等分布定数电路所构成,最近因为电子组件芯片化,因此高频电路以集中定数电路居多,不过即使高频电路已经进入集中定数电路时代,然而设计者却还未意识到配线长度、组件形状等分布定数性对高频电路的影响。
此外电子组件芯片化之后若单靠是集中定数设计电路,势必会遭遇到设计上的极限,因此必需借助计算机仿真技术,针对pattern与组件的形状、配置(layout)等物理性尺寸进行精密的分析、设计,有鉴于此本文将深入探讨有关5GHz高频电路设计要领。
频率与信号位相如图1所示5GHz刚好介于C band的中央部位,5GHz的信号在自由空间的波长为60nm,相较之下厚度1.0mm的FR-4玻璃环氧基板上的50Ω micro strip line的波长祇有32 nm,在该line如果组件位置偏差8mm,信号位相会产生900的相违,进而直接、间接造成电路结构、设计以及功能上的差异。
此外电子组件芯片化并不代表可以完全取消matching调整等外置组件,换言之设计5GHz等级的高频电路,仍应该以被动电子组件的特性为主要考虑。
尤其是使用chip inductor时必需详读该组件的规格表(spec sheet)。
表1是太阳诱电公司高频积层chip inductor HK1608系列的型录摘要,值得注意的是表中列示的「自我共振频率」,由于该组件会引发自我共振,所以chip inductor的等价电路会成为电感(inductor)与电容(condenser)的等价电路,当频率低于自我共振频率时,会出现诱导性形成电感(inductor)功能,如果频率高于自我共振频率时就会出现容量性。
电路理论中的高频电路设计高频电路设计是电路理论中的一个重要方向,主要是针对高频电信号传输、处理和控制的电路设计。
随着科技的不断发展,高频电路在物联网、智能家居、无线通信等领域有着广泛应用,因此高频电路设计也成为了电子工程师们一个必备技能。
一、高频电路设计的基本理论高频电路设计首先需要了解高频电路的特性,从而确定电路参数,并了解不同的组件如电容、电感、晶体管等的特性和应用。
在高频电路中,信号的频率极高,对电路的稳定性、失真以及传输损耗等要求较高,因此高频电路的设计需要考虑通带、阻带、截止频率、增益、噪声系数等参数。
在高频电路设计中,需要了解噪声、回路稳定性、阻抗匹配、滤波等相关理论。
二、高频电路设计的步骤和注意事项高频电路的设计流程包括电路需求、设计要求确定、原理设计、元器件选型、电路仿真、电路调整、布局与制造、测试验证等步骤。
在进行高频电路设计时,需要遵循以下几个注意事项:1. 频带选择:要根据所需的信号频率范围,选择合适的频带,避免选择过窄或过宽的频带,否则会导致信号的传输质量下降。
2. 技术选型:要根据电路的具体特性选择合适的技术方案。
例如,要根据功率、噪声系数、稳定性等因素选择合适的晶体管等器件。
3. 元器件选型:在选型时要考虑温度、电压、频率等因素,以满足高频电路设计的具体需求,选择合适的元器件。
4. 运用仿真:高频电路设计需要结合仿真软件进行各种参数模拟预测,以达到最佳效果。
5. 布局注意事项:高频电路的布局要注意地线的设计、分布电容的设置、的隔离、规避交叉干扰等因素。
6. 规范制造:高频电路制造时需要规范用料、焊接技术等方面,确保电路的质量。
三、实例展示:低噪声放大器的高频电路设计低噪声放大器是高频电路设计的常见应用,因其在RF(射频)和通信系统中广泛应用。
低噪声放大器的设计可分为两个部分,即前端和后端。
1. 前端设计低噪声放大器的前端包括输入匹配网络、放大器和输出匹配网络。
输入匹配网络由两部分组成,包括信号源驱动网络和放大器输入匹配网络。
高频电路设计与优化方案在高频电路设计中,优化方案是至关重要的。
高频电路主要应用于通信设备、雷达系统、微波设备等领域,因此在设计过程中需要考虑信号传输的稳定性、抗干扰能力以及功耗效率等因素。
以下是针对高频电路设计的优化方案:1. 选择合适的器件和材料:在高频电路设计中,选择合适的器件和材料是至关重要的。
一般来说,高频电路中常用的器件包括功放、滤波器、混频器等。
在选择器件时,需要考虑其工作频率范围、带宽、线性度以及功耗等因素,并且要根据具体应用场景选择合适的材料,如高频PCB板、微带线、射频电缆等。
2. 确定电路拓扑结构:设计高频电路时,合理的电路拓扑结构可以有效提高电路性能。
常见的高频电路拓扑结构包括串联结构、并联结构、混合结构等。
在确定电路拓扑结构时,要考虑信号传输的路径、信号耦合、功耗等因素,以确保电路稳定可靠。
3. 优化信号传输路径:在高频电路设计中,信号传输路径的优化可以有效降低传输损耗和信号失真。
因此,在设计高频电路时,要尽量缩短信号传输路径、减少信号的传输次数,避免信号干扰和衰减。
此外,还可以采用合适的匹配网络和补偿电路,提高信号传输的稳定性和准确性。
4. 降低功耗和散热设计:在高频电路设计中,功耗和散热是需要重点考虑的问题。
高功率的高频电路会产生大量热量,如果不能有效散热,会影响电路的稳定性和寿命。
因此,在设计高频电路时,要合理设计电路布局,增加散热器数量和面积,选择低功耗的器件和材料,以降低功耗和提高电路的工作效率。
总的来说,高频电路设计是一个综合性的工程,需要考虑多方面的因素。
通过选择合适的器件和材料、确定合理的电路拓扑结构、优化信号传输路径以及降低功耗和散热设计,可以提高高频电路的性能和稳定性,满足不同应用领域的需求。
希望以上提到的优化方案能够为高频电路设计工程师提供一些参考和帮助。
电子工程中的高频电路设计方法探索电子工程是一门广泛而深入的学科,其中高频电路设计是其中的一个重要分支。
在现代通信、雷达、射频设备等领域,高频电路设计起着至关重要的作用。
本文将探索一些常见的高频电路设计方法,帮助读者对电子工程领域有更深入的了解。
首先,我们需要了解高频电路设计的基本原理。
在电磁波传输中,我们经常遇到频率高、波长短的情况。
在这种情况下,电路中传导的电流和电压会存在一系列的高频效应,如串扰、反射、谐振等。
因此,高频电路设计需要考虑这些效应,并采取相应的措施来降低其对电路性能的影响。
一种常见的高频电路设计方法是使用微带线。
微带线是一种以微细导线为导体,以微细介质板为介质的信号传输线。
由于微带线具有良好的高频特性和易于集成的优点,它被广泛应用于高频电路设计中。
在微带线的设计中,需要考虑导线宽度、长度、介质常数等因素,并通过优化这些参数来实现预期的电路性能。
除了微带线,另一种常见的高频电路设计方法是使用微波滤波器。
微波滤波器是一种特殊的电路元件,主要用于在高频信号中选择特定的频率分量。
由于滤波器设计需要对信号的频率响应、插入损耗、截止频率等进行精确控制,因此在高频电路设计中经常会使用微波滤波器。
常见的微波滤波器设计方法包括抽头式、矩形波导式和微带线式等。
此外,高频电路设计中还涉及到天线设计。
天线是将电信号转化为电磁波并进行传输或接收的装置。
在高频电路中,天线的设计对电路的性能有着重要影响。
在天线设计中,需要考虑频率响应、辐射效率、辐射模式等因素,并根据设计要求选择合适的天线类型,如偶极子天线、饼型天线等。
最后,高频电路设计还需要对大信号行为进行分析。
在高频电路中,由于电流和电压的快速变化,电路元件可能会出现非线性效应,如交叉调制、混频、失真等。
因此,在设计高频电路时,需要对电路中的非线性元件进行建模,并通过仿真方法来评估电路的大信号行为,以确保电路性能满足设计要求。
综上所述,高频电路设计是电子工程中一个重要且复杂的领域。
电子工程中的高频率电路设计与分析随着科技的不断进步,电子工程领域中需要处理高频信号的电路越来越多。
无线通信、雷达系统、射频识别等都需要高频电路的设计与分析。
在这篇文章中,我们将探讨一些与高频电路设计与分析相关的主题,包括高频信号的特性、高频电路的设计要点以及常见的高频电路分析方法。
在讨论高频电路设计之前,我们需要先了解什么是高频信号及其特性。
高频信号是指频率超过几十兆赫兹(MHz)的电信号。
与低频信号相比,高频信号具有更快的振荡速度和更短的周期。
这种快速振荡引入了一些新的问题,如信号衰减、传输线效应和电磁干扰等。
在高频电路设计中,设计者需要考虑信号的衰减问题。
由于高频信号具有更严重的衰减特性,传输线的长度必须被控制在较短范围。
此外,由于高频信号的快速变化,电源噪声的影响也更为显著。
因此,设计者需要采取一系列衰减技术,如使用高频屏蔽和降噪电源。
另一个关键的设计要点是传输线的选择和布线。
在高频电路中,传输线的长度、宽度和材料都会对电路的性能产生重要影响。
例如,传输线长度要控制在波长的十分之一以内,以避免信号反射和衰减。
此外,高频电路通常采用微带线或同轴电缆,以减少传输线的损耗和干扰。
为了确保高频电路的稳定性和性能,在设计过程中需要进行一系列的验证和分析。
常见的高频电路分析方法有射频功率分析、频谱分析和时域分析等。
射频功率分析主要用于测量和分析电路的功率输出,并帮助设计者调整电路的增益和频率响应。
频谱分析则用于测量电路输出的频谱分布,以评估电路的频率稳定性和谐波抑制能力。
时域分析则用于观察电路信号的波形和时序,以帮助设计者识别和解决潜在的时序问题。
为了更好地理解高频电路的设计与分析过程,我们可以以一种广泛应用的高频电路——射频放大器为例进行讨论。
射频放大器是一种用于放大高频信号的电路,通常用于无线通信和雷达系统中。
在设计射频放大器时,需要考虑频率响应的平坦性、噪声系数和输入/输出阻抗匹配等因素。
通过使用射频功率分析、频谱分析和时域分析等方法,设计者可以评估和调整射频放大器的性能。
电子工程中的高频电路设计资料一、简介高频电路设计是电子工程领域中的一个重要分支,它主要研究电路在高频频率范围内的设计与应用。
高频电路设计资料涵盖了电路设计原理、设计流程、设计计算方法等方面的内容。
在电子工程师的工作中,掌握高频电路设计资料对于实现高性能、高可靠性的电路设计具有重要意义。
二、设计原理高频电路设计的基本原理包括电压放大器、功率放大器、振荡器、滤波器等电路的设计原理。
其中,电压放大器设计主要通过选择合适的放大器结构、选取适当的电路参数来实现对输入信号的放大;功率放大器设计则侧重于输出功率的最大化与效率的提高;振荡器的设计则涉及到产生稳定频率的振荡信号;滤波器设计用于滤除电路中的杂散干扰信号,使得电路能够在特定频率范围内正常工作。
三、设计流程高频电路设计的流程一般包括需求分析、电路拓扑选择、参数计算、仿真验证和实际实现等步骤。
其中,需求分析是根据电路应用需求明确电路设计的性能指标和要求;电路拓扑选择则是根据具体应用选择合适的电路结构;参数计算是基于电路拓扑和性能需求进行电路参数的计算和选择;仿真验证则通过电磁场仿真软件等工具对设计的电路进行模拟和优化验证;最后,实际实现是将设计的电路制作成实物并进行测试和调试。
四、设计计算方法高频电路设计中常用的计算方法包括S参数矩阵法、功率匹配法、阻抗匹配法、双射极法等。
S参数矩阵法用于描述电路中各端口的传输特性,通过对S参数矩阵进行计算和分析可以得到电路的增益、相位、输入输出阻抗等信息;功率匹配法用于实现电路的最大功率传递;阻抗匹配法则是为了消除电路中的反射问题,使得信号在电路中能够得到最大能量传输;双射极法则主要应用于放大电路的设计中,通过对双射极放大电路进行参数计算和分析,实现对输入信号的放大和输出功率的最大化。
五、实用资料在高频电路设计中,有许多实用的资料可供参考和使用。
其中包括常用的电路元件参数手册、射频设备制造商的规格书、高频电路设计常用软件等。
基礎電路設計(十三)5GHz的高頻電路設計技巧宇量圖3 電感串聯與分路的模擬電路圖4 電感串聯電路的通過特性圖5 電感並聯電路的通過特性幾乎所有的chip condenser廠商未在產品型錄或是資料表(data sheet)記載該元件的自我共振頻率,因此必需利用類似MCSIL(Murata Chip S-parameter & Impedance Libra ry)進行chip condenser的等價電路值。
圖6是MCSIL的畫陎。
雖然chip inductor的等價電路為並聯共振電路,不過圖7的chip condenser卻是串聯共振電路。
接著利用村田公司MCSIL軟體,分析太陽誘電公司1680type GRM18系列GRM1884C1H1R0CZ01高頻積層chip inductor的自我共振特性,其結果如下所示:‧自我共振頻率: 5785MHz。
‧阻抗值C: 0.93pF。
‧電感值L: 0.81nH。
圖8是50Ω插入並聯(series)與分路(shunt)時的模擬(simulation)電路;圖9與圖10分別是並聯(series)與分路(shunt)時的通過特性圖。
為了簡化比較因此用祇有電感值(inductance)成份的特性方式表示,也就是說測詴結果並無無寄生容量的特性。
由圖10的測詴結果可知50Ω插入分路(shunt)時,會以共振頻率為中心出現極大差異,相較之下50Ω插入並聯(series)時,若與祇有電容(capacitor)成份比較,雖然並未出現很大差異,不過在共振頻率附近的損失卻明顯減少。
由此可知若將電容單純當作藕合電容(coup ling condenser)使用時,電感成份的影響會比較少,相較之下或若將電容當作matching特性調整使用時,電感成份的影響則明顯增加。
圖6 MCSIL的實際畫陎圖7 chip condenser的等價電路圖8 電容串聯與分路的模擬電路圖9 電容串聯電路的通過特性圖10 電容並聯電路的通過特性此外GND(Ground)的設計對高頻電路具有關鍵性的影響,如果未正確設計GND,其結果不單是增幅器等主動電路受到影響,經常連filter等被動電路也無法獲得預期的性能。
以如圖11所示的micro strip電路為例,通常多層電路板內側表層會成為基準的接地層(Ground layer),封裝於電路板表層的元件接地,則是利用小直徑via hole與內層連接。
為了確認與內側表層連接的表層patter是否屬於GND,因此不斷變更厚0.8的FR4玻璃環氧基板上的via hole直徑,並利用模擬分析探討via hole的阻抗(impedance)特性,亦即所謂電抗(reactance)特性。
圖12是模擬電路,圖13是模擬分析後的阻抗特性。
由分析結果可知via hole具有微量的電抗成份,因此多層電路板表陎的GND會比照微量的電抗成份,從內側基準的接地層浮現,如圖13所示via hole的直徑越大,電抗成份相對的越小。
此外頻率越高電抗也越大,如果將via hole視為inductor,並計算等價性電感值其結果為:0.067Nh@R=0.5mm基板材質: FR4。
基板厚度: 0.8mm。
頻率: 5GHz。
根據實驗結果顯示基板厚度越薄,via hole直徑越大且複數設置時,基本上可以有效減緩電抗。
圖11 連接表、裏層GND的via hole圖12 via hole的simulation電路圖13 via hole的頻率阻抗特性晶片元件對高頻電路的影響接著要介紹chip induct、chip condenser以及via hole對5GHz LAN電路的影響,該電路使用Agilent公司的ATF-55143半導體,ATF-55143元件屬於低雜訊強化模式(enhanc ement mode)的模擬型HEMT(High Electron Mobility Transistor)。
ATF-55143的輸入為2GHz,V DS=2.7V,I DS=10mA 時的特性如下所示:‧三次IMD的intercept point為24.2dBm。
‧1dB壓縮(compression)輸出為14.4dBm。
‧噪訊值(noise figure) 為0.6dB。
‧Gain為17.7dB。
ATF-55143最大的特徵是它的強化模式(enhancement mode),因為一般depletion mode的HEMT,gate電位必需比source的電位低,因此必需設置如圖14(a)所示的gate偏壓(bia s)用負電源,或是如圖14(b)所示在source與GND之間插入電阻,使source 電位比gate電位高。
而ATF-55143的強化模式(enhancement mode)不需借助其它電子元件,就可使gate電位高於source電位。
具體方法如14(C)所示將source連接於GND,如此便可用正的單電源同時提供偏壓給gate與drain。
圖14 HEMT的偏壓方式接著根據資料表(data sheet)記載的V DS=2.0V,I DS=15mA 的S參數與噪訊參數,進行以下三種模擬(simulation)分析: ‧模擬分析1: 使用理想性電子元件,具體而言是GND使用理想性被動電子元件,且HEMT連接的GND也是理想性。
圖15是可作定數調整的模擬電路;圖16是噪訊形態(noise figure)測詴結果;圖17是Gain測詴結果;圖18是輸出入VSWR測詴結果。
根據上述測詴結果可知雖然上述測詴屬於模擬分析架構,不過卻可獲得很好的特性。
圖15 定數調整用模擬電路圖16 理想性元件與GND的噪訊型態測詴結果圖17 理想性元件與GND的Gain測詴結果圖18 理想性元件與GND的VSWR‧模擬分析2:實測值更換成L(電感)與C(電容),同時將via hole GND也列入考慮,並假設特性會惡化。
圖14電路的L(電感)與C(電容)假設是使用太陽誘電公司的HK1608系列或是GRM18系列的chip induct與chip condenser元件,因此必需更換成共振電路,此外還利用via hole將HEMT的source與GN D連接進行模擬分析。
chip induct的寄生容量全部都是0. 1pF,chip condenser 串聯電感值(inductance)全部都是0.8nH,基板為厚0.8mm的FR4。
圖19是模擬電路;圖20是噪訊形態(noise figure)測詴結果;圖21是Gain測詴結果;圖22是輸出入VSWR的測詴結果。
上述測詴結果若與圖16~18的測詴結果比較時,很顯然的是所有的特性都朝低頻方向偏離惡化,換言之所有的特性都無法使用。
圖19 實際L、C與via hole GND的模擬電路圖20 實際L、C與via hole GND的噪訊型態測詴結果圖21 實際L、C與via hole GND的測詴結果圖22 實際L、C與via hole GND的VSWR‧模擬分析3:電路的基本結構不變,祇是將定數調整盡量接近理想條件的特性。
圖23是調整後的電路;圖24是噪訊形態(noise figure)測詴結果;圖25是Gain測詴結果;圖26是輸出入VSWR的測詴結果。
根據測詴結果顯示雖然代表marker的5. 25GH z附近的值與理想條件非常接近,不過各特性都成為窄頻帶。
圖23 考慮實際L、C值的模擬電路圖24 實際L、C值,relayout電路的噪訊型態測詴結果圖25 考慮實際L、C值,relayout電路的Gain圖26 考慮實際L、C值與relayout電路的VSWR元件的物理性對高頻電路的影響圖23的電路除了via hole之外,其它部份都可視為集中定數進行模擬分析,換言之對5GHz電路而言除了via hole之外,其它部份都應該被視為分佈定數電路處理,如果希望更加提升精度時,必需追加考慮的要素分別如下所示:‧組裝元件的land之間的連接pattern。
‧元件的物理尺寸。
‧元件與GND之間連接部位的via hole。
以及元件的外形也需列入考量,因為隨著頻率增高,元件組裝位置的變動誤差可能會造成特性上的變化,為了減少上述的影響,例如1608元件最好改用1005大小的元件,1005元件則可以改用0603大小的元件,除此之外同時還需設法提高元件組裝時的位置精度。
改用尺寸較小的電子元件除了可以降低元件的物理性尺寸的影響,還可使電路更容易被當作集中定數特性處理。
當模擬分析結束後開始著手實際電路詴作與調整時,盡量依照量產型的基板形狀與尺寸製作,並裝入量產型的筐體內進行特性確認與調整,如果電路基板上方與筐體之間存有寬闊的空間時,該空間會形成導波管效應,尤其是電路基板上設有增幅器之類的主動性電路時,寬闊的空間往往成為引發異常共振的主要原因,而且寬闊的空間會使filter、switch等被動性電路輸出入之間的絕緣(isolation)惡化。
由於頻率越高波長越短,越容易穿透狹窄空間,所以5GHz的電路需要考慮的問題比2GHz的電路更多更瑣碎。
如上所述若將LAN當作micro strip之類的分佈定數電路,基本上祇需用Smith Chart與電算機就可完成設計,不過如果是集中定數(亦即chip類元件)與分佈定數(亦即pattern 等等)混載的電路,就必需利用其它設計工具(tools)作模擬分析。
例如設計收發信機等大規模電路時,一般會先制定level diagram,進行Gain分配分析等前置作業。
不過最近的模擬器(simulator)例如Eagleware公司的GENESYS V8會依照各電路方塊圖,自行定義噪訊形態(noise figure)、Gain、IP3、P1dB,並進行系統整體的各種特性與spurious 特性分析。
圖27是使用GENESYS V8的模擬器,將高頻收發信機電路以block方式輸入,進行系統分析時的畫陎。
圖27 GENESYS V8模擬器分析高頻收發信機電路系統時的畫陎結語以往除了微波爐之外幾乎所有的GHz高頻電子產品幾乎都屬於軍事用品的領域,因此設計者對所謂的GHz高頻電路非常陌生,其中又以電子元件種類的差異,所形成集中定數電路與分佈定數電路特性對高頻電路微妙的影響,更是設計者必需陎臨的前所未有衝擊。
除此之外利用模擬器進行系統整體的特性分析,已經成為設計高頻電路時無法或缺的手段。
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