射频电路简单学习

1、在一个射频系统里需要处理收、发 2 个过程，所以射频通信设备也称为收发信机。一个收发信机同时可以完成「收」与「发」2 种任务。各种收发信机有类似的结构，下图给出了收发信机的一般框图。

发一个信号的过程是：

        输入信号首先通过数字电路进行数字处理，如语音，然后经过数/模变换器变为模拟信号，再进入模拟信号电路（也称射频前端电路），通过混频让频率较低的中频模拟信号转换为频率较高的射频模拟信号，然后将射频信号放大，最后经过双工器由天线辐射出去。

收一个信号的过程是：

        天线接收到的信号首先通过双工器进入接收通道，然后通过带通滤波器（让频带内的信号通过）进入低噪声放大器（频率较高的射频模拟信号转换为频率较低的中频模拟信号），这时信号的频率还是射频；射频信号在混频器中与本振信号混频，生成中频信号（中频信号的频率为射频信号与本振信号频率的差值，中频信号的频率比射频信号的频率大幅度降低)，然后经过模/数变换器，进入数字电路。

2、下面举两个射频前端实际例子

 iPhone6 Plus 移动信号发射机系统框图

单车智能锁 GSM 模块接收机架构图

3、 发射机的性能指标

        功率指标：比如输出功率，我们经常需要测量输出最大平均功率，确保最大发射功率符合规范要求；功率控制方面，开环控制功率也常常需要测量（开环功率控制是指在手机建立连接前，根据基站的指示和环境监测，手机发出试探功率的调整能力），这样可以保证用户设备在能够和基站通信的前提下，发射最小的试探功率，过大的试探功率将会降低系统的容量（降低用户数量）。

        频率指标：比如工作频段，任何一个无线通信系统都有规定的工作频率，这个工作频率的区间就是工作频段或频率范围（Band），各个信道（Channel）也有自己的信道频率范围；频率误差也需要测量，它是衡量发射机载波频率精确度的指标，测量是为了验证发射载波频率的频率误差是否符合要求，较大的频率误差会增加上行链路（发射）的发送错误。

        非线性产物指标：比如频谱模板，承载调制信息的射频载波都有特定的频率响应，这个响应就是频谱图，也称为频谱模板，测量目的是为了确保发射杂散频谱符合要求，若发射杂散的频谱超出规范要求，会对其他信道或通信系统造成干扰；由于器件的非线性因素（信号在频率和幅度变化上不呈线性关系）导致调制信号和理想信号有误差，除了产生杂散还会导致信号畸变，所以我们需要测试调制质量。

4、接收机的性能指标

        频率范围：如同发射机一样，接收机也有自己的工作频率区间，这个区间就是频率范围。

        灵敏度：灵敏度是指接收机能满足解调要求最低的输入信号的接收电平。

        对于无线系统，有一个通用的灵敏度计算公式，一般适用于模拟通信系统，如下：

        对于数字扩频系统，比如 WCDMA、CDMA、LTE 等，接收机灵敏度公式推导变化为 ：

        衡量接收机灵敏的指标通常有以下 5 种： BER（Bit Error Rate），误码率；PER（Packet Error Rate），误包率；BLER（Block Error Rate），误块率；FER（Frame Error Rate），误帧率；C/N（Carrier/Noise），载噪比。

        实际上应该怎么做去提高灵敏度呢？

                做好器件选型。在接收机前端电路各器件选型时，噪声系数尽量小，对于无源电路来说就是插入损耗（Insertion Loss，IL，即插损）尽量低，这样才能保证每一级电路，以及级联电路总的噪声系数尽可能小。理论依据：灵敏度公式和噪声系数级联公式。

                做好各级电路匹配。匹配包括最小噪声匹配和最大功率匹配，最小噪声匹配是为了降低噪声系数，最大功率匹配是发挥器件的增益G，这个理论来源是前面介绍的噪声系数级联公式，提高前级电路的增益，同样可以降低系统噪声系数。这两种匹配要在实践中取得折中，大多数人只对功率匹配重视，而对噪声匹配没有概念。

                消除和降低干扰。一旦有干扰信号进入电路，肯定会导致输入信噪比增大，最终导致噪声系数增大，从而使灵敏度恶化，理论来源便是F=SNRi/SNRo。所以，在工程实战中需要做好接收电路的保护，防止各种干扰信号的引入，发现干扰后要想办法消除或降低。

        动态范围：动态范围是指接收机能够正确解调的信号电平的范围。灵敏度是指最低接收电平，如果再有一个最大电平，那么最大电平和最小电平这个区间范围就是接收机的动态范围。一般通过最大输入电平、输入三阶截取点（IIP3）来衡量动态范围；动态范围正比于 IIP3，并且两者之间可以用公式来计算（有兴趣的自己查询公式），因此通常用 IIP3 来衡量动态范围。

5、功率放大器PA选型

        功率放大器（Power Amplifier，PA），简称功放，在射频电路中，功率放大器就是把弱信号进行放大，原理就是把直流供电的功率转换为交流射频信号的功率。

        工作频段：首先根据产品需要支持的频段选择功率放大器的工作频段，也就是选择相应频段的功率放大器。有时候一个产品支持多个频段，此时可以根据成本、PCB 尺寸、技术难度等综合因素进行评估，是需要集成多个频段的功率放大器，还是每个频段单独使用一个功率放大器。

        功率：首先，评估功率放大器的最大输出功率，即根据产品最大输出功率的要求评估功率放大器的最大输出功率，从而满足项目对最大输出功率的要求。其次，评估功率放大器的最大输入功率，根据射频收发芯片输出端口的功率来评估功率放大器的输入功率，确保功率放大器输入功率不饱和。

        增益：根据射频收发芯片输出端口的输出功率、产品最大输出功率来评估功率放大器的增益，确保功率放大器的增益能够满足产品输出功率的要求。

        非线性：非线性是对电路和信号有害的产物，因此功率放大器非线性产物的指标越小越好。

        阻抗：根据射频收发芯片端口阻抗选择功率放大器需要的阻抗，合适的 VSWR。

        电源：首先，评估功率放大器的工作电压，即根据产品电源的整体规划、转换效率、成本等，选择相应的功率放大器电压；其次，评估功率放大器的功耗，相同输出功率下，功率放大器的功耗越低越好，因此尽量选择低功耗的功率放大器。

        控制接口：控制接口是指射频收发芯片和功率放大器进行通信或控制时的接口，比如目前智能手机的控制接口一般是 MIPI 类型接口，相应的 PA 也需要支持 MIPI 接口。首先，评估接口类型。其次，关注功率放大器的逻辑控制表。逻辑控制表又叫真值表，是指射频收发芯片控制功率放大器各种状态的逻辑表，需要确保和射频收发芯片的要求一致。最后，还需要关注接口电平，尽量选择和射频收发芯片接口电平一致的功率放大器，避免电平转换。

        选择功率放大器的关键是如何在满足所需输出功率的同时，保证尽可能低的非线性产物（功率放大器的非线性参数主要用 1 dB 压缩点来衡量），以及尽可能低的功耗。

6、功率放大器芯片查看

        以SKY65405-21为例

        参数如下：

        内部框图如下： 

        应用电路如下：