包络电路设计和布局提示

2019年9月18日,

古格里莫·马可尼

20世纪初，振幅调制(AM)被用于无线电信号中的信息编码，并一直持续到今天。我很少听调幅广播，除非我在长途旅行中。在那些调频和卫星广播信号开始减弱的地区，我通常可以在调幅电台接收到一些不错的谈话广播。

每个人都至少有一台移动设备，并通过WiFi连接到互联网，AM方案仍然用于编码以GHz频率通过空中传输的数据。更复杂的调幅技术用于无线系统、光纤系统和其他需要使用某些更高频率载波信号传输数字数据或模拟信号的应用。这些系统的核心是一个包络电路，它允许包络信号的提取和所需信息的检索。

幅度调制方案中的包络电路

任何调制的模拟信号，无论是通过无线传输、通过光纤传输还是通过铜传输，都可以被分解为两个信号(对于立体声调频收音机来说是三个信号):一个是载波信号，它以特定的频率“携带”信息，另一个是低频调制信号，它包含所需的信息。这就形成了叠加在载波信号上的“包络线”。

一旦调制信号被接收器看到，就设计包络电路(也称为包络检测器)来提取包络信号。AM最简单的形式是开-关键控，它可以通过简单地打开和关闭调制模拟信号来编码数字数据。调制的存在或不存在被解释为数字数据。下面是用于解调调幅信号的一个简单的包络电路。

简单模拟包络电路

一种从调幅信号中提取包络信号的简单包络电路

在上述带有RC滤波器的电路中，RC时间常数将限制信号对包络波形变化的响应。如果RC时间常数太长，电容器将不能以相同的速率放电包络变化。这将导致不成功的包络检测，其中提取的包络包含一些残留波纹。相比电源设计，纹波应尽可能短，以便与载波信号紧密重叠。

包络电路中的残余纹波

当您开始使用更复杂的调制方案(如64正交振幅调制(64- qam)或256-QAM)时，您现在可以通过调制载波信号的振幅和相位分别编码6或8位数据。对于更高级的调制方案，当多个调制信号叠加在一个载波上时，需要一个包络电路将这些调制信号从相位和幅值两方面分开。

异步、同步、相干包络检测

包络信号的提取方法多种多样，每一种提取方案都有其优点。对于不同的方案是否会产生更好的结果，你会发现一些争论。上述电路和波形显示了包络信号的正半波整流异步检测。如果使用上述电路的全波整流版本，可以获得更高的信噪比值。这些电路在较宽的频率范围内非常容易实现。

作为一种替代方案，同步检测使用高增益放大器从传入的调幅信号中并行提取载波信号。调制的调幅信号和提取的载波信号都被发送到混合器，输出被发送到低通滤波器以去除高频载波。这就留下了一个被放大的包络信号。

相干检测使用与输入调制信号混合的本地产生的载波信号。然后将输出发送到低通滤波器以去除载波，留下包络信号。输出包络信号的信噪比值对本地产生的载波和接收的调幅信号之间的相位差以及振幅的差异非常敏感。根据实现方式的不同，相干检测可以等价于半波或全波包络检测;在分析包络电路时要注意这种可能性。

信封电路布局

如果你看上面的电路图，你实际上看到了一些在PCB设计中支持包络电路的重要东西。在左边，我们有一个带调制信号的高频载波信号，而在右边，理想情况下，我们只有较低频率的包络信号。然后可以将包络电路的输出放入ADC中转换为数字数据。

这需要一个全面的接地策略，以确保整个板的信号完整性。在载波端，您需要将高频模拟地面区域从低频端分离出来，以确保每个参考平面的返回信号不会在这些区域之间传播。如果包络电路的输出为完成ADC测试，你会有一个第三地平面区域的数字电路，它也应该与其他两个模拟部分分开。

如果你正在使用GHz包络电路设计，你可以从24ghz和77ghz汽车雷达模块得到提示。在一些商用模块中，系统的高频模拟部分被放置在它自己的板上，信号线被布线为接地共面波导。所述低频包络信号可路由到外部板;每块单板都包含内部接地面，且采用堆叠方式。高频板的接地面为另一块板上的低频模拟和数字部分提供一定的屏蔽。

请注意，您需要通过两个板之间的连接布线接地线，为低频包络信号提供低环路电感返回路径。低频板可以包含ADC和数字部分。一定要遵循最佳实践混合信号路由在这些系统。

PCB背景上的数字包络电路图形