rf天线接口的串接的 0R电阻不要可以吗？

2023-01-06

本文主要是 rf天线接口的串接的 0R电阻不要可以吗？ 相关的知识问答，如果你也了解，请帮忙补充。

电路设计中的常见问题及解决方案
单片射频器件大大方便了一定范围内无线通信领域的应用,采用合适的微控制器和天线并结合此收发器件即可构成完整的无线通信链路。它们可以集成在一块很小的电路板上,应用于无线数字音频、数字视频数据传输系统,无线遥控和遥测系统,无线数据采集系统,无线网络以及无线安全防范系统等众多领域。
1 　数字电路与模拟电路的潜在矛盾
如果模拟电路(射频) 和数字电路(微控制器) 单独工作可能各自工作良好,但是一旦将两者放在同一块电路板上,使用同一个电源供电一起工作,整个系统很可能就会不稳定。这主要是因为数字信号频繁的在地和正电源(大小3 V) 之间摆动,而且周期特别短,常常是ns 级的。由于较大的振幅和较小的切换时间,使得这些数字信号包含大量的且独立于切换频率的高频成分。而在模拟部分,从天线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于1μV。因此数字信号与射频信号之间的差别将达到10-6(120 dB) 。显然,如果数字信号与射频信号不能很好的分离,微弱的射频信号可能遭到破坏,这样一来,无线设备工作性能就会恶化,甚至完全不能工作。
2 　RF 电路和数字电路做在同块PCB 上的常见问题
不能充分的隔离敏感线路和噪声信号线是常常出现的问题。如上所述,数字信号具有高的摆幅并包含大量高频谐波。如果PCB 板上的数字信号布线邻近敏感的模拟信号,高频谐波可能会耦合过去。RF 器件的最敏感节点通常为锁相环( PLL) 的环路滤波电路,外接的压控振荡器(VCO) 电感,晶振基准信号和天线端子,电路的这些部分应该特别仔细处理。

(1) 供电电源噪声
由于输入/ 输出信号有几V 的摆幅,数字电路对于电源噪声(小于50 mV) 一般可以接受。而模拟电路对于电源噪声却相当敏感,尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。因此,在包含RF(或其他模拟) 电路的PCB 板上的电源线布线必须比在普通数字电路板上布线更加仔细,应避免采用自动布线。同时也应注意到,微控制器(或其他数字电路) 会在每个内部时钟周期内短时间突然吸入大部分电流,这是由于现代微控制器都采用CMOS 工艺设计。因此,假设一个微控制器以1 MHz 的内部时钟频率运行,它将以此频率从电源提取(脉冲) 电流,如果不采取合适的电源去耦,必将引起电源线上的电压毛刺。如果这些电压毛刺到达电路RF 部分的电源引脚,严重的可能导致工作失效,因此必须保证将模拟电源线与数字电路区域隔开。

(2) 不合理的地线
RF 电路板应该总是布有与电源负极相连的地线层,如果处理不当,可能产生一些奇怪的现象。对于一个数字电路设计者来说这也许难于理解,因为即使没有地线层,大多数数字电路功能也表现良好。而在RF 频段,即使一根很短的线也会如电感一样作用。粗略计算,每mm 长度的电感量约为1 nH , 434 MHz 时10 mmPCB 线路的感抗约为27 Ω。如果不采用地线层,大多数地线将会较长,电路将无法保证设计特性。

(3) 天线对其他模拟部分的辐射
在包含射频和其他部分的电路中,这一点经常被忽略。除了RF 部分,板上通常还有其他模拟电路。例如,许多微控制器内置模数转换器(ADC) 用于测量模拟输入以及电池电压或其他参数。如果射频发送器的天线位于此PCB 附近(或就在此PCB 上) ,发出的高频信号可能会到达ADC 的模拟输入端。不要忘记任何电路线路都可能如天线一样发出或接收RF 信号。如果ADC 输入端处理不合理,RF 信号可能在ADC 输入的ESD 二极管内自激,从而引起ADC 的偏差。
3 　RF 电路和数字电路做在同块PCB 上的解决方案
以下给出在大多数RF 应用中的一些通用设计和布线策略。然而,遵循实际应用中RF 器件的布线建议更为重要。
(1) 一个可靠的地线层面
当设计有RF 元件的PCB 时,应该总是采用一个可靠的地线层。其目的是在电路中建立一个有效的0 V 电位点,使所有的器件容易去耦。供电电源的0 V 端子应直接连接在此地线层。由于地线层的低阻抗,已被去耦的两个节点间将不会产生信号耦合。对于板上多个信号幅值可能相差120 dB ,这一点非常重要。在表面贴装的PCB 上,所有信号布线在元件安装面的同一面,地线层则在其反面。理想的地线层应覆盖整个PCB ( 除了天线PCB 下方) 。如果采用两层以上的PCB ,地线层应放置在邻近信号层的层上(如元件面的下一层) 。另一个好方法是将信号布线层的空余部分也用地线平面填充,这些地线平面必须通过多个过孔与主地线层面连接。需要注意的是:由于接地点的存在会引起旁边的电感特性改变,因此选择电感值和布置电感是必须仔细考虑的。

(2) 缩短与地线层的连接距离
所有对地线层的连接必须尽量短,接地过孔应放置在(或非常接近) 元件的焊盘处。决不要让两个地信号共用一个接地过孔,这可能导致由于过孔连接阻抗在两个焊盘之间产生串扰。

(3) RF 去耦
去耦电容应该放置在尽可能靠近引脚的位置,每个需要去耦的引脚处都应采用电容去耦。采用高品质的陶瓷电容,介电类型最好是" NPO" , " X7R" 在大多数应用中也能较好工作。理想的选择电容值应使其串联谐振等于信号频率。例如434 MHz 时,SMD 贴装的100 p F 电容将良好工作,此频率时,电容的容抗约为4 Ω,过孔的感抗也在同样范围。串联的电容和过孔对于信号频率形成一个陷波滤波器,使之能有效的去耦。868 MHz 时,33 p F 电容是一个理想的选择。除了RF 去耦的小值电容,一个大值电容也应放置在电源线路上去耦低频,可选择一个2. 2 μF陶瓷或10μF 的钽电容。

(4) 电源的星形布线
星形布线是模拟电路设计中众所周知的技巧(如图1所示) 。星形布线———电路板上各模块具有各自的来自公共供电电源点的电源线路。在这种情况下,星形布线意味着电路的数字部分和RF 部分应有各自的电源线路,这些电源线应在靠近IC 处分别去耦。这是一个隔开来自数字
部分和来自RF 部分电源噪声的有效方法。如果将有严重噪声的模块置于同一电路板上,可以将电感(磁珠) 或小阻值电阻(10 Ω) 串联在电源线和模块之间,并且必须采用至少10 μF 的钽电容作这些模块的电源去耦。这样的模块如RS 232 驱动器或开关电源稳压器。

图1 　电源的星形布线
(5) 合理安排PCB 布局
为减小来自噪声模块及周边模拟部分的干扰,各电路模块在板上的布局是重要的。应总是将敏感的模块( RF部分和天线) 远离噪声模块(微控制器和RS 232 驱动器)以避免干扰。

(6) 屏蔽RF 信号对其他模拟部分的影响
如上所述,RF 信号在发送时会对其他敏感模拟电路模块如ADC 造成干扰。大多数问题发生在较低的工作频段(如27 MHz) 以及高的功率输出水平。用RF 去耦电容(100p F) 连接到地来去耦敏感点是一个好的设计习惯。

(7) 在板环形天线的特别考虑
天线可以整体做在PCB 上。对比传统的鞭状天线,不仅节省空间和生产成本,机构上也更稳固可靠。惯例中,环形天线(loop antenna) 设计应用于相对较窄的带宽,这有助于抑制不需要的强信号以免干扰接收器。应注意到环形天线(正如所有其他天线) 可能收到由附近噪声信号线路容性耦合的噪声。它会干扰接收器,也可能影响发送器的调制。因此在天线附近一定不要布数字信号线路,并建议在天线周围保持自由空间。接近天线的任何物体都将构成调谐网络的一部分,而导致天线调谐偏离预想的频点,使收发辐射范围(距离) 减小。对于所有的各类天线必须注意这一事实,电路板的外壳(外围包装) 也可能影响天线调谐。同时应注意去除天线面积处的地线层面,否则天线不能有效工作。

(8) 电路板的连接
如果用电缆将RF 电路板连接到外部数字电路,应使用双绞线缆。每一根信号线必须和GND 线双绞在一起(DIN/ GND , DOUT/ GND , CS/ GND , PWR _ UP/ GND) 。切记将RF 电路板和数字应用电路板用双绞线缆的GND线连接起来,线缆长度应尽量短。给RF 电路板供电的线路也必须与GND 双绞(VDD/ GND) 。
4 　结论
迅速发展的射频集成电路为从事无线数字音频、视频数据传输系统,无线遥控、遥测系统,无线数据采集系统,无线网络以及无线安全防范系统等设计的工程技术人员解决无线应用的瓶颈提供了最大的可能。同时,射频电路的设计又要求设计者具有一定的实践经验和工程设计能力。本文是笔者在实际开发中总结的经验,希望可以帮助众多射频集成电路开发者缩短开发周期,避免走不必要的弯路,节省人力和财力。 参考知识1 开关的两个重要特征：是否是瞬间接触，开关有没有一个中间断开的位置。

瞬间开关包含主要的按键开关，用于只需要短暂接通或断开的情况，瞬间接触开关有常闭和常开两种形式。

中心断位开关在两个接通位置之间附加了一个断开位置。必须注意的是并不是所有的开关都有中心断位或瞬间接触的特性，这些特性必须说明。

继电器分三类：机械继电器，舌簧继电器，固态继电器。

舌簧继电器：由一对簧片组成，只要电流流过簧片就会弯曲。中等电流500ma~1000ma以及中等开关速度的场合（0.2~2ms）。

机械继电器：电流流过电磁线圈产生磁力把导电片由一个触点拉向另一个触点。用于大电流2~15A以及速度相对较慢的场合(10~100ms)。

固态继电器：由半导体材料制成，只要在其半导体的PN结上外加电压就可以使其呈开关状态。适用电流范围很宽。固态继电器包括晶体管和晶闸管，无磨损问题，开关速度极高，导通电阻高。

固态继电器的主要参数

输入参数：控制电压，关断电压，开启电流，控制电流，

输出参数：工作电压，工作电流，通态压降，泄漏电流，通断时间，绝缘耐压。

其他参数：工作温度，感性负载，阻性负载，冷却条件（自然风冷）

固态继电器由三部分组成：输入电路，输出电路，隔离（耦合）

输入电路：电压固定的信号采用阻性输入，将电流控制在一定范围。电压变化范围较大采用恒流电路。

固态继电器的输入输出电路隔离和耦合有光电耦合和变压器耦合两种。

输出电路：分为直流输出，交流输出和交直流输出，直流输出时可用双极性器件或者场效应管，交流输出时通常使用两个可控硅或者一个双向可控硅。

选型与注意事项：

固态继电器的选型主要是选取适当的额定电流，而其额定电流需要根据不同的负载类型来选用，比如感性负载具有反电动势，容性负载相当于短路等。

各种浪涌负载特性对固态继电器的选择：被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于热量来不及散发可能会使内部的可控硅损坏，所以应对被控负载的浪涌特性进行分析，然后再选择继电器选择时可参考各种负载时的降额系数。

一般在选用时除了遵循上述规则，低电压要求信号失真小时可选用场效应管做输出的器件的直流固态继电器，对于交流负载和多数感性负载，可选用过零型继电器，可延长负载和继电器的寿命，也减小自身的射频干扰。做相位输出时，应选用随机性固态继电器。

固态继电器的优点：

（1） 高寿命，高可靠：固态继电器没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，能在高冲击高震动的环境下工作。

（2） 灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好：固态继电器的输入范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器和驱动器。

（3） 快速转换：固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微秒。

（4） 电磁干扰小：固态继电器没有输入线圈，没有触点燃弧和回跳，减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断。

固态继电器的缺点：

（1） 导通后的管压降大，可控硅和双向控硅的正向压降可达1~2V，大功率晶体管的饱和压降也在1~2V之间。

（2） 半导体器件关断后仍有数微安至数毫安的漏电流，不能实现理想隔离。

（3） 管压降大，功耗和发热量也大，大功率的固态继电器体积远大于同容量的电磁继电器，成本高。

（4） 电子元器件的温度特性和电子线路抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差。

双极型晶体管，通常断开，NPN在BE之间加小电流与正向偏置电压，PNP在BE之间加小电流与反向偏置电压。允许EC之间有较大电流通过。小电流和电压控制大电流。

结型场效益管，通常导通，N沟道GS之间加小的反偏电压，P沟道GS之间加小的正偏电压，不允许有较大电流通过DS。不需要栅极（D）电流。

结型场效应管的特性是当它们的栅极与源极之间没有电压差时，它是导通的。在实际应用中它的输入阻抗会非常大，这个高阻抗意味着结型场效应管输入极小或者不输入电流，因而，对连接到栅极的外部元器件或者电路没有影响----没有电流从控制电路流出，也没有不需要的电流进入控制电路。

金属氧化物半导体场效应管（耗尽型，增强型）

增强型：通常断开，N沟道GS之间加小的正偏电压，P沟道GS之间加小的反偏电压，允许有较大电流通过DS。不需要栅极（D）电流。

耗尽型：通常断开，N沟道GS之间加小的反偏电压，P沟道GS之间加小的正偏电压，允许有较大电流通过DS。不需要栅极（D）电流。

晶闸管：可控硅（SCR）正常时关断，当有一个小电流进入控制级（G）时，SCR导通，即使当控制级电流被除去，SCR依旧导通，为了关断SCR，，其阳极到阴极的电流必须为零或者在阳极加一个比阴极更负的电压。电流仅从阳极（A）到阴极（C）。

硅可控开关（SCS）。类似SCR，但是通过在其第四端加正电压脉冲可以关断，当负电压加在阳栅极也能触发，电流从阳极到阴极。

双向可控硅：类似SCR，双向开断，可开断交流，仅当控制级接受电流时双向可控硅导通，电流通过MT1H和MT2双向导通。

0R电阻的作用

1. 做跳线
2. 匹配参数不确定时用0R代替。
3. 模拟地和数字地单点接地。
4. 芯片电源旁边接电容
电容：

安规电容：电容器失效后不会导致电击，不危及人身安全的安全电容器。安规电容通常只用于抗干扰电路中的滤波作用。他们用在电源滤波器里面起到电源滤波作用，分别对共模和差模其滤波作用，出于安全考虑，一般在电源输入口 参考知识B 欧的电阻大概有以下几个功能：
①做为跳线使用。这样既美观，安装也方便。
②在数字和模拟等混合电路中，往往要求两个地分开，并且单点连接。我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地，而不是直接连在一起。这样做的好处就是，地线被分成了两个网络，在大面积铺铜等处理时，就会方便得多。附带提示一下，这样的场合，有时也会用电感或者磁珠等来连接。
③做保险丝用。由于PCB上走线的熔断电流较大，如果发生短路过流等故障时，很难熔断，可能会带来更大的事故。由于0欧电阻电流承受能力比较弱（其实0欧电阻也是有一定的电阻的，只是很小而已），过流时就先将0欧电阻熔断了，从而将电路断开，防止了更大事故的发生。有时也会用一些阻值为零点几或者几欧的小电阻来做保险丝。不过不太推荐这样来用，但有些厂商为了节约成本，就用此将就了。 ④为调试预留的位置。可以根据需要，决定是否安装，或者其它的值。有时也会用*来标注，表示由调试时决定。
⑤作为配置电路使用。这个作用跟跳线或者拨码开关类似，但是通过焊接固定上去的，这样就避免了普通用户随意修改配置。通过安装不同位置的电阻，就可以更改电路的功能或者设置地址。

0欧的电阻的规格，一般是按功率来分，如1/8瓦，1/4瓦等等。

1、模拟地和数字地单点接地
只要是地，最终都要接到一起，然后入大地。如果不接在一起就是"浮地"，存在压差，容易积累电荷，造成静电。地是参考0电位，所有电压都是参考地得出的，地的标准要一致，故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有电荷，始终维持稳定，是最终的地参考点。虽然有些板子没有接大地，但发电厂是接大地的，板子上的电源最终还是会返回发电厂入 参考知识C 选择合适的电容和电感焊接到PCB上；

测量无线芯片的输出和输入是否满足要求。

首先，测试之前需要使用校准套件进行矢网校准，这一步是非常重要的，任何仪器的初始状态都将直接影响测量的准确性。

校准完成之后，就选择测试点测量传输线的阻抗，为了保证测量的准确性和便捷性，会使用一个同轴线缆作为测试连接线，将同轴电缆的馈线焊接在模块对应封装上的ANT脚PAD上（射频模块的ANT引脚作为50Ω参考点），紧接着把对地的两个器件去掉，串联器件使用精度为1%的0Ω电阻替代（在焊接串联0Ω电阻时，不能使用焊锡直接短路，因为对高频电路来说，焊锡容易产生寄生效应，影响测量结果），天线焊接上，然后用矢量网络分析仪连接同轴电缆，测试传输线最原始的阻抗。

如果射频模块端还包含射频开关及匹配网络。则把射频开关输出端作为50Ω参考点，此处接入网络分析仪分别测量传输线到天线的阻抗和传输线到芯片端口的阻抗。通过匹配之后，希望从该点往天线方向看进去是50Ω和往芯片方向看进去也是50Ω。选择这里作为50Ω参考点主要有两方面考虑：第一，该处到天线端是接收和发射的共同链路，只需要匹配一次，同时把天线对阻抗的影响也考虑了；到芯片端分别是接收和发射链路，需要分开匹配；第二，虽然匹配电路次数变多，但是每次匹配元器件数目少了，减少相互间影响，提高匹配效率。