射频振荡器电路:集成电路的设计与布局
这个射频板可能包含一个射频振荡器。
如果你不是射频设计界的一员，那么任何模拟振荡器的使用都可能看起来很深奥。随着新产品不断将设计推向更高的频率，更多的设计人员，无论是在IC级还是板级，都应该熟悉RF振荡器组件和电路。
一旦达到GHz或更高的范围，soc和ic就会成为比射频振荡器的分立元件更好的选择。我们编译了一些任何设计人员都应该了解的基本振荡器，以及在GHz范围内工作的设计人员的一些重要布局提示。
射频振荡器的设计
有很多标准振荡器电路您可以从现成的组件进行设计。这些电路通常涉及一个或多个fet (BJT、JFET或MESFET)、无源元件、一个或多个运算放大器和/或变容二极管。要使这些电路中的任何一个运行到GHz频率都需要使用GaAs(小于~ 10ghz带宽)或GaN(大于~ 10ghz带宽)有源元件。
由于一些原因，很难让这些由分立元件组成的振荡器在高GHz频率下运行。所涉及的问题是由于具有足够高谐振频率的非常小的电感和电容器的可用性，以及在实际电路布局中的寄生性。所涉及的成本也将比简单地使用射频振荡器IC或晶体振荡器更大。尽管有这些困难，你当然可以使用离散组件来构建一个运行在100兆赫兹或几GHz的RF振荡器。
四个基本振荡器电路。
如果您正在设计一个必须在高功率下工作的定制信号链，并且没有可用的RF振荡器ic，则可以使用分立元件构建上述任何振荡器电路或VCO/VCXO/NCO电路。用分立元件制造这些振荡器需要具有足够高的自谐振频率的无源元件。
从你的特定电路输出可能是方形，三角形/锯齿，或指数(弛豫振荡器)。将输出转换为正弦波的最简单方法是将其转换为积分器、微分器、高阶RC滤波器或裁剪电路。例如，许多vco产生三角波，通过施密特触发电路将其转换为方波。方波输出可以通过三阶(或更高阶)RC滤波器转换成近正弦波，其截止频率接近基频谐波，尽管这在具有离散COTS组件的GHz频率下变得相当困难。更精确的信号转换方法需要运放和LC槽电路，这超出了本文的范围。
将射频振荡器带入信号链
微波元件公司花费了相当多的时间来开发和完善射频振荡器电路的集成电路。这些元件往往具有相当低的相位噪声，并且通常是表面贴装元件，特别是当设计用于高频工作时。这些元件可以使用上面介绍的一种电路，也可以使用另一种电路内部整数/分数锁相环用于频率合成到高频。选项范围从几兆赫到10兆赫。
这些射频振荡器ic也可能使用NCO或VCO分别产生MHz或GHz信号。这些集成电路也可以用作锁相环反馈回路中的基本振荡器，并用于合成更大的频率。要小心这个实现，因为在这个系统中使用的任何射频振荡器都有一些有限的带宽。此外，环路滤波器(基本上是一个低通滤波器)和鉴相器将捕获和锁定范围限制在较窄的值。你使用的振荡器应该有足够宽的带宽，使其与捕获/锁定范围重叠。
RF振荡器IC、任何由分立元件构成的RF振荡器以及信号链中的所有其他元件都应使用表面贴装元件，因为当通孔通孔与通孔元件一起使用时，可能会出现某些信号完整性问题。在sub-WiFi频率下，只要反向钻通孔和剩余的组件存根，通孔组件可能不会有信号问题。然而，这增加了制造和组装成本，因为需要多个步骤来去除通孔和组件引线桩。因此，最好在较高的射频频率下使用表面贴装元件。
连接器，如这种边缘发射SMA连接器，在与任何RF振荡器一起使用时都需要精确的阻抗匹配。
毫米波振荡器路由
如果你使用毫米波频率的射频振荡器作为稳定的参考振荡器，你应该尽量避免使用任何通孔，尤其是通孔通孔。毫米波板中通孔通孔的问题与插入损耗和共振有关。首先，这些结构往往相当大，因此它们的几何共振频率往往类似于射频振荡器的输出频率。通孔中的任何谐振信号都将成为电磁干扰和电容性的来源via-to-via耦合。
其次，很难将这些过孔的阻抗与互连相匹配，以防止反射并确保低插入损耗。对于高度稳定的射频参考振荡器，确保信号完整性和防止失真是至关重要的，并且通孔需要适当的尺寸以防止插入损耗。对于频率调制或用于调制另一个信号的RF振荡器，您的过孔需要精确构造以具有足够宽的平坦带宽。例如，确保5G调制方案(如滤波器组多载波(FBMC)、通用滤波多载波(UFMC)、广义频分复用(GFDM)和HDI板中带RF振荡器的滤波OFDM (f-OFDM))中的信号完整性可能很困难通过阻抗谱没有正确建模。
无论您是从头开始设计RF振荡器还是需要将现有组件引入PCB，您都可以在使用正确的组件时设计，布局和模拟这些电路和PCB的行为PCB设计与分析软件。中的仿真工具Allegro PCB Designer和全套分析工具从节奏是运行RF振荡器电路预布局仿真的理想选择。Cadence的布局后仿真工具也非常适合检查复杂布局中可能出现的信号完整性问题。
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