RF 回路は電源に非常に敏感であり、動作信号の大きさと電源ノイズの間の大きなコントラストが核心であり、ノイズは RF 搬送波に直接変調されやすいです。電源ノイズを除去するには、デバイスの選択、PCB レイアウト、アーキテクチャ設計など、さまざまな側面から完全な分離および抑制システムを形成する必要があります。
1. RF 回路が電源の影響を受けやすい主な理由
信号レベルのコントラストが大きい
RF 受信リンクの有用な信号は通常、μ V レベルと低いですが、デジタル回路の電源レール上のスイッチのグリッチやリップル ノイズは容易に mV レベルに達し、両者の振幅差は 120 dB 以上になります。小さな電力ノイズでも、弱い RF 信号を完全に圧倒してしまうのに十分です。
電源除去比 (PSRR) の高周波障害
従来のパワーチップのPSRRは低周波数範囲でのみ良好に機能し、10MHzを超えると減衰能力が急激に低下します。 2.4GHz 周波数帯域では、ほとんどの通常の LDO の PSRR は 20dB 未満であり、高周波ノイズを抑制することはほとんど不可能です。電源ピンの 1mV リップルは、RF 出力端子に 100 μV レベルの散乱信号を直接生成します。
ノイズによるRFキャリアの直接変調
電源の広帯域ノイズとスイッチ高調波は、電源ピンを介して RF 経路に直接結合し、搬送波と混合し、位相ノイズ、EVM (誤差ベクトル振幅)、および受信感度を直接劣化させます。電源ノイズが -50dBc を超えると、PA の EVM 性能が 15% 以上低下することが測定されています。
寄生パラメータ増幅干渉
RF 周波数帯域では、長さ 1 mm のアース線の等価インダクタンスは約 1nH で、10 mm のアース線のインダクタンスは 27 Ω に達することがあります。グランドバウンスノイズと寄生インダクタンスは、電源ノイズの干渉効果をさらに増幅し、RF 回路の予期される動作点にダメージを与えます。
2. RF基板の電源ノイズを完全プロセス除去方式
パワーチップの階層的な選択と分離
フロントエンド DC/DC の電圧変換が完了したら、VCO や PLL などの最も敏感なモジュールに電力を供給するために、バックエンドに高 PSRR の RF 専用 LDO を装備する必要があります。 LDO には、ADP7158 や TPS7A91 などのモデルのように、2.4GHz 周波数帯域で 50dB 以上の PSRR が必要です。
DC/DC を使用して RF 小信号回路に電力を直接供給することは禁止されています。これは、スイッチ エッジで生成される広帯域高調波が数百 MHz ～ GHz の周波数範囲を直接カバーし、フィルタリングで取り除くのが難しいノイズ クラスターを形成するためです。
マルチレベルデカップリングコンデンサの正確なレイアウト
「大容量エネルギー蓄積コンデンサ+中容量フィルタコンデンサ+高周波小型コンデンサ」の組み合わせを採用しており、電源インレットに10μFのX7Rコンデンサを配置し、チップ電源ピンから1mm以内に100nFと10pFの高周波NPO/MLCCコンデンサを順に実装し、DCから数十GHzまでのノイズ抑制周波数帯域をカバーしています。
最短回路の原理に厳密に従います。コンデンサのグランド ピンとチップ グランド間の距離は λ/20 (2.4GHz で約 2.5mm) 未満であり、コンデンサの高周波フィルタ効果を相殺する長いワイヤによる寄生インダクタンスの導入を回避します。
磁性ビーズ/インダクターのターゲットチョーク
高周波領域に入るデジタル電源と主電源の分岐経路には、目的のノイズ周波数点でのインピーダンスが十分に高く、直流抵抗が0.5Ω以下の磁性ビーズを選定しています。たとえば、2.4 GHz のシナリオでは、デジタル ドメインと無線周波数ドメイン間の電源ノイズ分離を実現するために、500 Ω 以上の 2.4 GHz インピーダンスを持つモデルが選択されます。
大電流PA電源経路では、3～5nHの高周波巻線インダクタがチョークとして選択され、寄生容量を回避してフィルタ効果を低減するために、その周囲に1mmを超える禁止分布領域が確保されています。
PCB スタッキングと電源パーティションの設計
「信号層完全グランドプレーン電源層信号層」の 4 層以上のスタックを使用することをお勧めします。完全な 2 層目のグランドプレーンは、電源層と RF 信号層の間の寄生結合を分離しながら、RF 配線に低インピーダンスリターンを提供します。
星型電源アーキテクチャを採用：メイン電源インレットが均一にフィルタリングされた後、独立した磁気ビーズブランチを通じてLNA、PA、VCOに電力を供給します。アナログ電源、デジタル電源、RF電源は完全に分離されており、寄生容量クロストークを避けるために異なる電源層が空間的に重なることは禁止されています。
テスト済みの閉ループ検証の最適化
近接場プローブで位置決めボード上のノイズ ホットスポットをスキャンし、スペクトラム アナライザを使用して RF チップの電源ピンのノイズ スペクトルを直接測定します。過剰な周波数ポイントについては、対応する 1/4 波長の配線位置に専用のフィルタリング コンデンサを追加して、正確なノイズ低減を実現します。