科學(xué)掌握無線產(chǎn)品射頻電路設(shè)計(jì)

　　20世紀(jì)80年代開始，射頻微波電路技術(shù)的應(yīng)用方向逐漸由傳統(tǒng)波導(dǎo)同軸器件轉(zhuǎn)移到微波平面PCB電路方面，微波平面電路設(shè)計(jì)一直是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。現(xiàn)在的無線通信產(chǎn)品已經(jīng)從早期的2G，逐步發(fā)展到3G、4G乃至5G。

　　隨著應(yīng)用頻率的逐步走高，再加上多頻段電路并存與產(chǎn)品小型化要求等，射頻電路的設(shè)計(jì)越來越難，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代射頻通信產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。因此，借助射頻微波仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)已勢在必行。

什么是射頻仿真軟件？

　　射頻仿真軟件是集計(jì)算電磁學(xué)和數(shù)學(xué)分析研究成果計(jì)算機(jī)化的產(chǎn)物，它集合了電磁學(xué)、數(shù)學(xué)分析、虛擬實(shí)驗(yàn)等方法為一體，并通過仿真的方法達(dá)到預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到 各種直觀數(shù)據(jù)，是射頻工程師和研究人員的有力工具。射頻仿真方法是一種科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，它可以減少調(diào)試工作量以及產(chǎn)品后期可能會(huì)出現(xiàn)的各種不確信性因素， 進(jìn)而縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高產(chǎn)品的一次性成功率。

　　射頻電路設(shè)計(jì)仿真軟件目前主流的是德科技Keysight ADS（高級設(shè)計(jì)系統(tǒng)），ADS這款軟件能夠借助集成平臺(tái)中的無線庫以及電路系統(tǒng)和電磁協(xié)同仿真功能，提供基于標(biāo)準(zhǔn)的全面設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，它已被廣泛應(yīng)用于 Wifi、GPS、藍(lán)牙、2G/3G/4G電路和通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

　　下面我們就以ADS軟件為例，跟大家講解下電路設(shè)計(jì)的基本過程吧！

　　射頻電路設(shè)計(jì)與仿真包含以下幾個(gè)步驟：

1、系統(tǒng)仿真階段：

　　在 產(chǎn)品立項(xiàng)初期，首先確定產(chǎn)品的系統(tǒng)指標(biāo)和確定電路架構(gòu)，其中包括：靈敏度、前端總增益、噪聲系數(shù)、工作帶寬、動(dòng)態(tài)范圍等，這些需采用ADS對電路進(jìn)行系統(tǒng) 仿真。因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在大部分產(chǎn)品都是源自國外成熟方案，芯片與電路系統(tǒng)架構(gòu)都是確定的，所以這個(gè)步驟目前在消費(fèi)類產(chǎn)品中基本不會(huì)涉及到。

　　ADS多層仿真

2、原理圖設(shè)計(jì)仿真階段：

　　根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求進(jìn)行方案及IC選型，包括低噪聲放大器LNA、濾波器、功率放大器設(shè)計(jì)以及級間匹配電路等。

　　RX接收鏈路系統(tǒng)仿真

3、PCB聯(lián)合仿真階段：

　　原理圖設(shè)計(jì)其實(shí)是一種很理想的狀況，它并沒有考慮到器件的寄生效應(yīng)以及PCB微帶線的耦合效應(yīng)。因此科學(xué)的做法是需要將設(shè)計(jì)好的PCB導(dǎo)入到ADS Momentum里面進(jìn)行電磁場仿真，并重新調(diào)整優(yōu)化匹配元件值。根據(jù)RF sister多年的經(jīng)驗(yàn)，如果模型和仿真設(shè)置得足夠正常的話，仿真結(jié)果逼近程度是非常高的。

　　低噪聲放大器原理圖仿真

4、產(chǎn)品調(diào)試階段：

　　仿真其實(shí)僅僅只能保證設(shè)計(jì)趨勢和方向的正確性，所以樣板回來后還是需要調(diào)試優(yōu)化的，記錄和保存好測試結(jié)果，并和仿真進(jìn)行對比。原則上是：不管差異多大，一定要找到原因！

　　結(jié)合PCB低噪聲放大器聯(lián)合仿真

5、項(xiàng)目總結(jié)階段：

　　對整個(gè)仿真和實(shí)際測試結(jié)果做閉環(huán)分析——究竟是模型的問題，還是仿真參數(shù)設(shè)置的問題，又或者是PCB介電常數(shù)和介質(zhì)損耗不精準(zhǔn)的問題，是不是加工的問題呢？ 在這里，我們就需要非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和問題分析能力了。最后的總結(jié)很重要，將是下一步成功的基礎(chǔ)，類似于華為中興等大型企業(yè)都會(huì)有寫總結(jié)文檔的習(xí)慣。

　　某LTE終端仿真與實(shí)測輸入阻抗對比

小貼士

　　方法總是美好的，但過程總是曲折。有很多小伙伴們第一次跌倒（實(shí)測和仿真差距較大）就主動(dòng)放棄了，仿真和測試是否接近，其實(shí)主要取決以下幾個(gè)因素哦：

　　（1）仿真軟件使用的熟練程度。需懂得仿真的基本原理，知道每一項(xiàng)的設(shè)置的具體含義，是否會(huì)影響到參數(shù);

　?。?）測試的方法、網(wǎng)分校準(zhǔn)是否足夠正確。了解什么是SOLT、TRL，它們又各有什么優(yōu)缺點(diǎn);

　?。?）對元器件特性及S參數(shù)模型、SPICE模型的了解夠不夠深入;

　?。?）經(jīng)驗(yàn)是否足夠。對于閉環(huán)驗(yàn)證沒有經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為一次就可以閉環(huán);

　?。?）最重要的一點(diǎn)：小伙伴個(gè)人有研究興趣，但因?yàn)楣井a(chǎn)品進(jìn)度趕，所以沒有做過多深入思考和更多分析的時(shí)間。