什么是射頻電路(射頻電路設(shè)計(jì)原理)
什么是射頻電路？
簡(jiǎn)單來說，射頻電路（RFCircuit）就是指處理信號(hào)的電磁波長(zhǎng)與電路（或元器件尺寸）處于同一數(shù)量級(jí)的電路。通常在3kHz至2.4GHz（3,000赫茲至24億赫茲）頻率范圍內(nèi)運(yùn)行的模擬電路。一般情況下，常見的射頻電路包括：
低噪聲放大器(LNA)；用于放大遠(yuǎn)處的微弱信號(hào)，LNA決定無線電接收器的靈敏度。
功率放大器（PA）；將無線電信號(hào)放大到高功率進(jìn)行傳輸，PA確定發(fā)射機(jī)的覆蓋范圍。
本地振蕩器(LO)；主要是為射頻發(fā)射器和接收器提供本地載波頻率。
混頻器；混合兩個(gè)信號(hào)，在發(fā)射機(jī)中，混頻器是一個(gè)“上變頻器”，它將低頻模擬信號(hào)與LO信號(hào)混合以產(chǎn)生射頻信號(hào)，而在接收器中，混頻器是一個(gè)“下變頻器”，它將射頻信號(hào)與LO信號(hào)混合以產(chǎn)生低頻模擬信號(hào)。
濾波器；主要是將信號(hào)能量限制在特定頻段，它起到防止不同無線電信號(hào)相互干擾的作用。
開關(guān)；控制信號(hào)流路徑。
收發(fā)器；由發(fā)射器和接收器組成。
其實(shí)，射頻電路本質(zhì)原理上是“模擬的”，具有連續(xù)的時(shí)間激勵(lì)和響應(yīng)。雖然射頻電路以前是用真空管和分立晶體管制成的，但這些材料已在很大程度上被集成電路(IC)取代，除少數(shù)高功率應(yīng)用外。
所以，在不需要高功率的應(yīng)用中，例如手機(jī)收發(fā)器、WiFi收發(fā)器、藍(lán)牙收發(fā)器和衛(wèi)星接收器，電路通常采用硅基IC的形式而成。
另外，還一種特殊類型的射頻集成電路稱為單片微波IC（MMIC；也稱為微波單片IC）。這些電路通常在2至100GHz范圍或微波頻率下運(yùn)行，用于雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信和蜂窩電話的功率放大器。
圖：ATA-8000系列射頻功率放大器
射頻應(yīng)用包括：
無線電廣播；例如AM/FM收音機(jī)。
無線通信；例如5G、手機(jī)、WiFi、藍(lán)牙。
射頻遙控器；例如車庫開門器、無人機(jī)。
遙感，例如天氣或監(jiān)視雷達(dá)。
衛(wèi)星導(dǎo)航；如GPS、Galileo、Glonass、北斗衛(wèi)星。
成像；例如用于機(jī)場(chǎng)安檢的身體掃描儀
射頻波可以有其它名稱，例如微波（如“微波爐”）或毫米波。微波通常是指波長(zhǎng)（λ）在1cm到10cm之間的無線電波，對(duì)應(yīng)的頻率（f）為30GHz到3GHz。毫米波通常是指波長(zhǎng)（λ）在1mm到10mm之間的無線電波，對(duì)應(yīng)的頻率（f）為300GHz到30GHz。波長(zhǎng)（λ）與頻率（f）的關(guān)系表示為λ=c/f，其中λ以米為單位，c為光速（3×10^8m/s），f以Hz為單位，或1/秒）。
射頻電路的設(shè)計(jì)步驟
射頻電路設(shè)計(jì)通常涉及自上而下的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程，然后是自下而上的驗(yàn)證過程。當(dāng)然，這種整體方法有很多變化，不過主要的基本步驟如需：
為設(shè)計(jì)制定高級(jí)規(guī)范；包括它將執(zhí)行哪些功能？關(guān)鍵規(guī)格是什么，例如LNA增益和噪聲系數(shù)、PA輸出功率、LO相位噪聲和混頻器轉(zhuǎn)換增益。
使用晶體管、電感器和電容器等組件創(chuàng)建設(shè)備級(jí)電路描述；此步驟通常從代工廠PDK中的預(yù)定義設(shè)備庫中提取。
使用電路仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否符合其所有規(guī)格；在此步驟中，將對(duì)制造過程和操作可變性進(jìn)行建模，以確保設(shè)備設(shè)計(jì)在面對(duì)這些不確定性時(shí)保持穩(wěn)健。
通過組裝所有組件的預(yù)定義布局來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的物理布局；需要注意的是，必須遵循放置規(guī)則以確保可制造性。
最后從布局中提取等效電路；寄生效應(yīng)這時(shí)候應(yīng)該出現(xiàn)在設(shè)計(jì)描述中，并且重新模擬設(shè)計(jì)以確保它在添加這些新效應(yīng)后仍能按預(yù)期運(yùn)行。
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