科學掌握無線產(chǎn)品射頻電路設計

　　20世紀80年代開始，射頻微波電路技術的應用方向逐漸由傳統(tǒng)波導同軸器件轉移到微波平面PCB電路方面，微波平面電路設計一直是一項比較復雜的工作?，F(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，射頻電路的設計越來越難，傳統(tǒng)的設計方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代射頻通信產(chǎn)品設計要求。因此，借助射頻微波仿真軟件進行電路設計已勢在必行。

什么是射頻仿真軟件？

　　射頻仿真軟件是集計算電磁學和數(shù)學分析研究成果計算機化的產(chǎn)物，它集合了電磁學、數(shù)學分析、虛擬實驗等方法為一體，并通過仿真的方法達到預期實驗結果，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的設計方法，它可以減少調試工作量以及產(chǎn)品后期可能會出現(xiàn)的各種不確信性因素， 進而縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高產(chǎn)品的一次性成功率。

　　射頻電路設計仿真軟件目前主流的是德科技Keysight ADS（高級設計系統(tǒng)），ADS這款軟件能夠借助集成平臺中的無線庫以及電路系統(tǒng)和電磁協(xié)同仿真功能，提供基于標準的全面設計和驗證，它已被廣泛應用于 Wifi、GPS、藍牙、2G/3G/4G電路和通信系統(tǒng)設計中。

　　下面我們就以ADS軟件為例，跟大家講解下電路設計的基本過程吧！

　　射頻電路設計與仿真包含以下幾個步驟：

1、系統(tǒng)仿真階段：

　　在 產(chǎn)品立項初期，首先確定產(chǎn)品的系統(tǒng)指標和確定電路架構，其中包括：靈敏度、前端總增益、噪聲系數(shù)、工作帶寬、動態(tài)范圍等，這些需采用ADS對電路進行系統(tǒng) 仿真。因為我們現(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)架構都是確定的，所以這個步驟目前在消費類產(chǎn)品中基本不會涉及到。

　　ADS多層仿真

2、原理圖設計仿真階段：

　　根據(jù)系統(tǒng)指標要求進行方案及IC選型，包括低噪聲放大器LNA、濾波器、功率放大器設計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：

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

　　低噪聲放大器原理圖仿真

4、產(chǎn)品調試階段：

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

　　結合PCB低噪聲放大器聯(lián)合仿真

5、項目總結階段：

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

　　某LTE終端仿真與實測輸入阻抗對比

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（實測和仿真差距較大）就主動放棄了，仿真和測試是否接近，其實主要取決以下幾個因素哦：

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

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

　?。?）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)驗是否足夠。對于閉環(huán)驗證沒有經(jīng)驗，認為一次就可以閉環(huán);

　?。?）最重要的一點：小伙伴個人有研究興趣，但因為公司產(chǎn)品進度趕，所以沒有做過多深入思考和更多分析的時間。