对射频电路元器件的学习总结

æœ¬ç¯‡ç¬”è®°å¯¹æ— çº¿å°„é¢‘ç”µè·¯ä¸­å¸¸ç”¨çš„å�„ç§�元器件电路的基本工作原ç�†å’Œåº”用进行简å�•çš„总结，为å�Žç»­ç�†è§£å’Œè®¾è®¡å®Œæ•´çš„射频电路系统架构打好基础。

下图是一个比较典型的�简�的射频系统的框图：

æ— çº¿å°„é¢‘ç”µè·¯ä¸­æ‰€ç”¨åˆ°çš„å�„ç§�主è¦�çš„å…ƒå™¨ä»¶ï¼Œæ ¹æ�®å…¶æ˜¯å�¦æœ‰å¤–部供电的方å¼�，å�¯ä»¥åˆ†ä¸ºæœ‰æº�å™¨ä»¶å’Œæ— æº�器件两大类。

有�器件包括：射频收�芯片RF Transceiver，功率放大器PA，低噪声放大器LNA，射频�端模�FEM，有�晶振，射频开关等。

æ— æº�器件包括：滤波器Filter，å�Œå·¥å™¨Duplexer，å�Œè¿…器Diplexer，耦å�ˆå™¨Couplerï¼Œç”µé˜»ç”µå®¹ç”µæ„Ÿï¼Œå¤©çº¿ï¼Œæ— æº�晶振等。

射频收�芯片RF Transceiver

RF Transceiver实际上包å�«äº†RF Transmitterå’ŒRF Receiver，也就是å�Œæ—¶å…·å¤‡äº†å°„频信å�·æŽ¥æ”¶å’Œå�‘射的功能。RF Transceiveræ˜¯æ•´ä¸ªå°„é¢‘ç”µè·¯ç³»ç»Ÿçš„æ ¸å¿ƒï¼Œç”¨äºŽäº§ç”Ÿé€‚å�ˆæ— 线通信使用的高频RFä¿¡å�·ã€‚而所谓的射频系统架构本质上就是以射频收å�‘èŠ¯ç‰‡ä¸ºæ ¸å¿ƒï¼Œåœ¨å…¶å¤–å›´æ�­é…�一些其他的射频å‰�端电路。

RF Transceiver具备的主�功能就是：

对于射频信�的�射而言：把基带调制信�进行上�频�频率��，并进行信�的�步放大�产生射频信�，��过PA的进一步放大，通过天线开关切��由天线�射出去。

对于射频信�的接收而言：从天线上接收到的射频信�，�过天线开关�在LNA中进行放大，�入射频收�芯片中进行下�频和滤波的�作，��出�基带调整信�，得到基带解调信�。

å› æ­¤ï¼Œä»Žæ ‡å‡†æ„�义上讲，RF Transceiver与PAã€�LNAã€�射频开关等是分开的，å�„自具有å�„自的功能，但是现在在消费类电å­�中的集æˆ�度越æ�¥è¶Šé«˜ï¼Œå¾ˆå¤šå°„频收å�‘芯片中实际上已ç»�把PAã€�LNA以å�Šå°„频开关这些都已ç»�集æˆ�进去了，甚至在一些5G手机的射频收å�‘芯片方案中连天线的å�ˆå¹¶è¿›åŽ»äº†ï¼Œè¿™æ ·å°„频电路的设计和调试就å�˜å¾—é�žå¸¸ç®€å�•ã€‚

功率放大器PA

PA，就是Power Amplifier功率放大器。在射频电路中，PA的作用就是在射频的å�‘射链路中，把RF Transceiver所产生的射频信å�·è¿›è¡ŒåŠŸçŽ‡æ”¾å¤§ï¼Œä½¿å¾—通过天线å�‘å°„å‡ºåŽ»çš„åŠŸçŽ‡èƒ½å¤Ÿæ»¡è¶³ä¼ è¾“è·�离的è¦�求。

ä»Žåˆ¶é€ å·¥è‰ºçš„è§’åº¦ä¸Šï¼Œç›®å‰�PA常用的工艺主è¦�有四ç§�ï¼šç ·åŒ–é•“GaAs，氮化镓GaN，锗化硅SiGe，以å�ŠCMOSã€‚å…¶ä¸­åœ¨å°„é¢‘åŠŸçŽ‡æ”¾å¤§å™¨é¢†åŸŸï¼Œç ·åŒ–é•“GaAs工艺å� æ�®ä¸»æµ�ä½�置。

具体的产å“�应用中，需è¦�充分的认识到é™�低PA功耗的é‡�è¦�æ€§ï¼Œå› ä¸ºPA的功耗å� æ�®äº†å°„频电路功耗的大部分，多天线以å�Šé«˜é€šä¿¡é€ŸçŽ‡çš„产å“�需求会导致PA的功耗对产å“�的整体功耗ã€�ä½¿ç”¨ç»­èˆªæ—¶é—´ä¹ƒè‡³æ•£çƒ­è®¾è®¡é€ æˆ�很大的影å“�。

低噪声放大器LNA

LNA，就是Low Noise Amplifier低噪声放大器。LNA的作用与PA类似，都是对射频信å�·çš„放大，å�ªä¸�过PA用于å�‘射链路中，对è¦�通过天线å�‘射的射频信å�·è¿›è¡ŒåŠŸçŽ‡æ”¾å¤§ï¼Œä»¥ç¡®ä¿�ä¿¡å�·çš„å�‘å°„å�¯ä»¥æ»¡è¶³ä¼ 输è·�离的è¦�求；而LNA则用于接收链路中，对从天线上收到的射频信å�·ï¼ˆé€šå¸¸é�žå¸¸å¾®å¼±ï¼‰è¿›è¡Œæ”¾å¤§ï¼Œæ»¡è¶³å°„频信å�·è§£è°ƒçš„需求。

å› ä¸ºä»Žå¤©çº¿æ”¶åˆ°çš„å°„é¢‘ä¿¡å�·ä¸€èˆ¬é�žå¸¸å¾®å¼±ï¼Œé‚£ä¹ˆæ”¾å¤§å™¨æœ¬èº«è¿�行所产生的噪声就有å�¯èƒ½å¯¹è¿™ä¸ªå¾®å¼±ä¿¡å�·äº§å“�严é‡�的干扰。而LNA里é�¢çš„所谓Low Noise低噪声，就是指这ç§�LNA放大器本身具有é�žå¸¸ä½Žçš„噪声系数（这一点是LNA最有特色的地方，噪声越低，ç�µæ•�åº¦è¶Šé«˜ï¼‰ï¼Œè¿™æ ·åœ¨å…¶å¯¹æŽ¥æ”¶åˆ°çš„å°„é¢‘ä¿¡å�·è¿›è¡Œæ”¾å¤§çš„时候，æ‰�能尽å�¯èƒ½æ��å�‡ç�µæ•�度和信噪比，从而帮助解调电路顺利解出基带信å�·ã€‚

射频�端模�FEM

FEM，就是Front End Module射频�端模�。FEM实际上就是在一个芯片中集�了多个射频�元电路的模�，例如，FEM中�以集�包�PA�LNA�滤波器�射频开关等，有些模�甚至把射频收�器和天线阵列都包�在内。FEM的存在主�是为了��产�开�的集�度和轻便化的需求，也�低了射频调试和开�的��度和难度。

å› ä¸ºFEM本身å�ªæ˜¯å¤šä¸ªå°„频å�•å…ƒç”µè·¯çš„集æˆ�模å�—，所以它整体的功能å�Šå…¶æ€§èƒ½æŒ‡æ ‡å°±ç”±å…¶å†…部所包å�«çš„射频å�•å…ƒç”µè·¯å†³å®šã€‚

射频开关Switch

射频开关本质上就是一个开关，既�以用于判断和控制在�一频点上TX和RX分时接通天线，也�以用于控制��频段的系统在RF链路中何时接通。所以，从逻辑上看，�以把这个这个器件认为是一个�想的开关器件，��过用于射频电路中，一般称为射频开关，而如果用于控制天线端�的接通和切�，则称之为天线开关。

当然，与普通开关��的是，对于射频开关而言，其工作在高频的射频领域，那么就有一些自己独特的工作�数：工作频率（这个开关器件适��许的频率范围），�端�之间的隔离度（开关控制的多个通�之间的隔离程度，尽�能��相互影�）��入�耗（�入这个开关器件�对于信�功率的�耗，当然是越�越好）等。

�工器Diplexer/Duplexer

在[[对å�Œé¢‘WiFi天线å¤�用ç�†è§£çš„çº æ­£ä»¥å�Šå¯¹Duplexerå’ŒDiplexer的比较]]一文中已ç»�有é�žå¸¸è¯¦å°½çš„解释了。

滤波器Filter

滤波器在射频电路和系统中的�用，包��射和接收两个方�：

在接收方é�¢ï¼Œä¸»è¦�就是为了最大程度的衰å‡�接收信å�·ä¸­æ‰€åŒ…å�«çš„那些ä¸�需è¦�的频段中的信å�·ï¼Œå¹¶ä¸”å°½å�¯èƒ½å¯¹éœ€è¦�的频段的信å�·é€ æˆ�最å°�çš„å½±å“�。

而在å�‘å°„æ–¹é�¢ï¼Œåˆ™æ˜¯ç”¨äºŽå°½å�¯èƒ½å‡�少和衰å‡�å�‘射器电路中所包å�«çš„è°�æ³¢ã€�æ�‚散以å�Šå¸¦å¤–泄露，以é�¿å…�对å�„ç§�RFé¢‘æ®µçš„é€šä¿¡é€ æˆ�相互之间的共存干扰。

滤波器具体的实现原ç�†æ˜¯åŸºäºŽRã€�Lã€�Cçš„è°�振电路形æˆ�的二端å�£ç½‘络，利用è°�振电路的选频特性对通带内频率信å�·å‘ˆçŽ°åŒ¹é…�ä¼ è¾“ï¼Œå¯¹é˜»å¸¦å†…é¢‘çŽ‡ä¿¡å�·å¤±é…�而进行衰å‡�，从而实现信å�·é¢‘谱过滤功能。

按照对信å�·é¢‘段的过滤特性进行分类，å�¯ä»¥æŠŠæ»¤æ³¢å™¨åˆ†ä¸ºä½Žé€šæ»¤æ³¢å™¨ã€�高通滤波器ã€�带通滤波器ã€�å¸¦é˜»æ»¤æ³¢å™¨å‡ ç§�类型。

按照滤波器实现所使用的器件类型，å�¯ä»¥æŠŠæ»¤æ³¢å™¨åˆ†ä¸ºæœ‰æº�æ»¤æ³¢å™¨å’Œæ— æº�滤波器两ç§�类型。在消费类电å­�ä¸­æ‰€ä½¿ç”¨çš„æ»¤æ³¢å™¨ä¸€èˆ¬éƒ½æ˜¯æ— æº�滤波器。

功率耦�器Coupler

功率耦å�ˆå™¨æ˜¯ä¸€ç§�æ— æº�器件，在RF电路中从射频通路中通过耦å�ˆçš„æ–¹å¼�分é…�出æ�¥ä¸€éƒ¨åˆ†ä¿¡å�·åŠŸçŽ‡å’Œèƒ½é‡�，然å�ŽæŠŠè¿™éƒ¨åˆ†è€¦å�ˆå‡ºæ�¥çš„能é‡�用于实现对该射频通路输出功率的检测以å�Šå��馈调整。从其起作用的原ç�†ä¸Šè®²ï¼ŒåŠŸçŽ‡è€¦å�ˆå™¨ä¸€èˆ¬ç”¨äºŽå�‘射通路，最典型的使用场景就是从功率放大器PA的输出电路中耦å�ˆå‡ºæ�¥ä¸€éƒ¨åˆ†èƒ½é‡�，对这部分能é‡�进行检测å�Žï¼Œé€šè¿‡å��馈形å¼�控制功率放大器的输出功率大å°�ã€‚å› æ­¤ï¼Œéš�ç�€é›†æˆ�度越æ�¥è¶Šé«˜ï¼Œå¤§éƒ¨åˆ†åŠŸæ”¾PA实际上已ç»�在其内部集æˆ�了功率耦å�ˆå™¨æ�¥å®žçŽ°å¯¹å…¶å�‘射功率的å��馈和控制，å�ªæœ‰åœ¨ä¸€äº›é�žå¸¸ç‰¹æ®Šçš„应用中æ‰�需è¦�ç‹¬ç«‹å¤–åŠ è€¦å�ˆå™¨ã€‚

下图是功率耦å�ˆå™¨Coupler的等效电路图。一般是一个四端å�£çš„æ— æº�器件，功率放大器输出的功率通过输入端1接入，在输出端2输出。PA的能é‡�除了通过输出端2进行输出以外，还有一部分能é‡�通过耦å�ˆçš„æ–¹å¼�在耦å�ˆç«¯3输出，通关把这个耦å�ˆç«¯è¾“出的能é‡�接入到射频收å�‘芯片，就å�¯ä»¥ç”¨äºŽæ£€æµ‹åŠŸçŽ‡æ”¾å¤§å™¨çš„输出功率，然å�Žå¯¹å…¶è¿›è¡Œè°ƒæ•´å’ŒæŽ§åˆ¶ã€‚输出端4是隔离端å�£ï¼Œæ²¡æœ‰åŠŸçŽ‡è¾“出。

�考资料

æ— çº¿ç§˜ç±�：射频电路设计入门，第六ç«

射频-滤波器基础知识

射频-定�耦�器基础知识