有一件事是肯定的：電源設計可能比簡單地將直流電源線連接到您的組件要復雜得多。RF 電源設計需要特別小心，以確保它們能夠正常工作，而不會在系統各部分之間傳遞過多的噪聲，由于涉及的高功率水平，這使得這變得更加困難。除了仔細布局之外，還需要設計電路，以便系統為系統的每個子部分提供高效的電源轉換和傳輸。
超大功率系統仍在設計中使用可能連接在大型外殼或機柜中的分立元件，但較小的功率系統可以通過一些更新的元件和功率調節策略放置在 PCB 上。這些系統中的挑戰分為兩個主要領域：
FET 和放大器中的熱量產生，這促使使用SiC 上的 GaN 等先進半導體進行射頻放大
可能允許高功率沿電源線泄漏到附近電路中的寄生效應，這需要仔細布局和布線
當為電源電路選擇組件并將其放入原理圖時，第一點發生在前端。上面的第二點是布局和布線變得更加重要的地方。我們將在本文中介紹這兩個領域，以便新的 RF 設計人員可以在布線之前完成他們的堆疊和布局。
開始您的射頻電源設計
從電路設計的角度來看，RF 電源需要一些與任何其他用于直流系統的電源相同的調節和過濾級。射頻電源的主要作用是以感興趣的頻率為射頻系統提供電源，其中包括用于生成和調節射頻信號的標準組件（振蕩器、有源濾波器、放大器等）。電源還需要能夠響應調制。除了適應調制之外，RF 電源設計還應具有與典型 RF 電路板相同的一些要求，即高頻下的低損耗，以及足夠高的溫度額定值和熱特性。
下面的框圖從高層次上顯示了如何在高頻下產生射頻功率。
射頻電源也反向運行，它們接收射頻信號并將其整流為直流電壓。這需要構建一個 RF 整流器電路，我們不會在本文中過多討論它，因為它可能會涉及更多內容。相反，我們將專注于射頻采購方面。
穩壓器和濾波器
需要以高頻（即高 MHz 或 GHz）供電的射頻電源通常由分立元件構成。但是，您可以將上述所有部分放在同一個板上。第一步是穩壓器選擇和濾波器設計。在上面的框圖中，需要構建高階濾波器和開關穩壓器以遵循任何調制信號的包絡（對于 AM 輸出），或者在基帶頻率調制其輸出（對于 FM 輸出）。這可能需要您的設計采用多相、多級拓撲；
在選擇任何下游穩壓器（這些可能是開關或 LDO）時，請注意效率。如果您使用的是 LDO，則電壓差不應太高，因為這會降低 LDO 上的大量功率，并且組件的高熱阻會導致其迅速升溫至高于其額定溫度。在我公司最近制造的一個原型中，我們選擇了通過外殼進行傳導冷卻的 LDO。如果您需要大幅降低電壓，則應使用開關穩壓器并應用另一個更高階的濾波器，以確保為 VDD 端口、VGG 端口和振蕩器提供低噪聲。
如何處理地
就像任何其他混合信號設計一樣，不要嘗試通過分路接地來將您的開關穩壓器輸出（如果您使用的是一個）與 RF 部分電隔離。當單端數字信號通過接地層的間隙路由時，您將產生相同類型的 EMI 問題。這是混合信號系統中的常見錯誤，假設開關穩壓器的輸出為純直流，在射頻系統中很容易犯同樣的錯誤。即使使用包絡跟蹤，您仍然會在基帶頻率上繪制時間平均功率，這可能是數十或數百 MHz 的數量級。
保持均勻接地并練習良好的布局，同時保持共面線上的阻抗控制，而不是試圖采取簡單的路線并拆分接地層。如果您可以將射頻組件放置在自己的部分中，并將直流/穩壓組件放置在自己的部分中，只要您可以正確跟蹤返回路徑，就可以防止它們之間的干擾。
疊層設計和材料選擇
在設計疊層時，您需要考慮穩壓器的工作頻率和板上射頻線的長度。對于更長的射頻線路，您需要使用低損耗層壓板，可能是PTFE 層壓板。沒有長線布線的射頻電源，或者如果您只是不擔心損耗，您通常可以使用 FR4 層壓板作為疊層材料。兼顧低損耗和低成本的一種方法是使用混合疊層和低損耗電介質來支持您的射頻線路。
只要您還在表面層上布線 RF 線，就可以在 4 層板上完成上述電源軌布線示例。您還可以使用統一的接地和電源平面從穩壓器部分向組件提供電源，并在表層上布線射頻線以保持 4 層板。這是在表面層使用低損耗 PTFE 的混合疊層的好方法。但是，您可以在此板上可靠實現的唯一隔離來自布線中的共面性，即來自您放置在 RF 線和組件周圍的通孔柵欄，以防止電路板部分之間的噪聲耦合。
當您需要使用更高功率同時還提供高隔離度時，您還可以將 6 層或 8 層疊層用于此類設計。例如，您可以使 L3 成為兩個 GND 平面（在 L2/L4 上）之間共面 RF 線的信號層，然后在 L5 上通電，并可能在表面層或 L6 上路由您可能需要的任何其他信號（見下文） . 這對于需要大量隔離的高功率設計更好，因為接地層將提供層間屏蔽。
通過在設計的不同部分之間提供隔離，您可以幫助防止允許噪聲傳播到輸出的寄生耦合類型。電源的輸出應具有足夠低的噪聲和失真，以便為其他組件提供干凈的電源。在這種類型的設計中有兩個主要的噪聲源：
來自開關穩壓器的噪聲或嘈雜的直流輸入。
噪聲從輸出耦合回放大器輸入
這兩點都可以通過此處提到的疊層設計技巧以及將噪聲部分智能放置在遠離射頻輸出部分的位置來解決。第二點在較高頻率下更具挑戰性，通過耦合回放大器級的輸入，可以看到射頻輸出經歷正反饋。路由和過濾也非常重要，因為它們可以幫助提供額外的隔離和消除噪音。
布局和布線
設計的這兩個方面至關重要，因為您需要抑制我在上述兩點中提到的噪聲問題。將射頻走線從振蕩器穿過放大器，并作為接地共面波導（在表面或內部層上）連接到輸出，以確保有一定的隔離。不要使用保護走線來提供任何屏蔽，因為它們會產生更多的噪聲耦合；僅使用您為共面線計算的通孔柵欄樣式。此外，如果您在內部層上進行布線，請確保通過分析您的通孔存根來確定是否需要反鉆。
輸出可能需要的任何其他調節取決于電源的功能。它會直接路由到天線還是 SMA/u.FL 同軸線？通常將 RF 輸出通過濾波器（BAW 或 SAW 濾波器），但在選擇組件時要小心，因為芯片封裝的 BAW 和 SAW 濾波器不能總是接受某些 RF 電源中使用的高 RF 功率。
RF Out 網絡上可能需要的另一個組件包括一個隔離器/循環器，以防止任何反射返回到放大器。您可以在輸出端使用一些 SMD 隔離器，如果您通過 RF 實現供電或將 RF 輸出直接發送到天線，這一點尤其重要。
如果您確實需要通過外部 RF 模塊路由任何信號，您可以放置 SMD u.FL 或 SMA 連接器來進行這些連接。如果您的功率水平超過板上等效 SMD/通孔組件的允許值，您可以根據需要將信號從板上通過模塊取出并返回到板上。
總之
雖然射頻功率放大器和電源設計通常由分立的濾波器元件構建而成，但更新的組件允許您在外形尺寸方面非常激進，并將其中的許多元件整合到一塊板上。當然，請務必咨詢您的制造商關于您的疊層，以確保它可以作為混合板制造。還要確保在傳輸線設計中考慮銅粗糙度和介電色散，以確保您的射頻傳輸線阻抗具有典型的 50 歐姆值。
