射頻電路設計的案例
微波射頻電路、IC及微系統設計領域有哪些前沿技術挑戰？
Ansys多學科仿真解決方案開啟了數字主線（Digital Thread），支撐起整個產品生命周期中的數據流，從產品構思和設計到制造運營，Ansys行業解決方案有助于加速數字化轉型和研發流程簡化。
微波射頻電路是雷達、通信、導航、測控、電子對抗及數據傳輸等系統中重要的組成部分。在科技以及5G技術發展的推動下，雷達和無線通信系統的指標如發射功率、接收靈敏度、帶寬、通道一致性等不斷提高，不斷推動射頻微波技術向毫米波和太赫茲，寬帶和超寬帶，高功率發射，高靈敏度等方向發展，此外新的器件和工藝如MMIC、LTCC、SiP、SoC等持續涌現，這些都為微波射頻電路設計帶來了新的挑戰。
另外，隨著系統小型化和高集成度的要求，射頻集成微系統已經成為射頻電路發展的熱門方向。射頻微系統通過半導體和封裝工藝集成無源和有源器件，集成度高、設計難度大，一旦設計指標未達到要求，重新設計成本非常高。
因此在需求推動和新技術引領下，微波射頻電路設計必須充分挖掘射頻器件的性能潛力，充分考慮電路版圖中互連結構的高頻耦合效應和寄生效應，充分考慮射頻電路與天線互相影響，才能降低設計風險，提高設計成功率，確保以較低的成本、較短的周期完成最終設計。
Ansys以電磁場仿真為基礎，結合電路與系統仿真和多物理場仿真，能夠對微波射頻電路與系統進行全方位的虛擬仿真設計與優化。基于Ansys工具，通過系統仿真，研究射頻電路與數字調制之間的指標分配；通過電路和器件仿真，實現高性能的微波電路和器件設計；通過場路協同仿真，更準確地評估射頻天線系統的整體性能；通過芯片-封裝-系統的微系統級仿真，評估復雜工況和極小尺寸下的產品性能。Ansys仿真技術最終實現微波射頻電路與系統的高效率、高質量設計。
展開 行業應用方案 | 微波射頻電路、IC及微系統
微波射頻電路是雷達、通信、導航、測控、電子對抗及數據傳輸等系統中重要的組成部分。
在國防科技以及5G技術發展的推動下，雷達和無線通信系統的指標如發射功率、接收靈敏度、帶寬、通道一致性等不斷提高，不斷推動射頻微波技術向毫米波和太赫茲，寬帶和超寬帶，高功率發射，高靈敏度等方向發展，此外新的器件和工藝如MMIC、LTCC、SiP、SoC等持續涌現，這些都為微波射頻電路設計帶來了新的挑戰。
另外，隨著系統小型化和高集成度的要求，射頻集成微系統已經成為射頻電路發展的熱門方向。射頻微系統通過半導體和封裝工藝集成無源和有源器件，集成度高、設計難度大，一旦設計指標未達到要求，重新設計成本非常高。
因此在需求推動和新技術引領下，微波射頻電路設計必須充分挖掘射頻器件的性能潛力，充分考慮電路版圖中互連結構的高頻耦合效應和寄生效應，充分考慮射頻電路與天線互相影響，才能降低設計風險，提高設計成功率，確保以較低的成本、較短的周期完成最終設計。
Ansys以電磁場仿真為基礎，結合電路與系統仿真和多物理場仿真，能夠對微波射頻電路與系統進行全方位的虛擬仿真設計與優化。基于Ansys工具，通過系統仿真，研究射頻電路與數字調制之間的指標分配；通過電路和器件仿真，實現高性能的微波電路和器件設計；通過場路協同仿真，更準確地評估射頻天線系統的整體性能；通過芯片-封裝-系統的微系統級仿真，評估復雜工況和極小尺寸下的產品性能。
展開 行業應用方案 | 微波射頻電路、IC及微系統
射頻微系統通過半導體和封裝工藝集成無源和有源器件，集成度高、設計難度大，一旦設計指標未達到要求，重新設計成本非常高。
因此在需求推動和新技術引領下，微波射頻電路設計必須充分挖掘射頻器件的性能潛力，充分考慮電路版圖中互連結構的高頻耦合效應和寄生效應，充分考慮射頻電路與天線互相影響，才能降低設計風險，提高設計成功率，確保以較低的成本、較短的周期完成最終設計。
Ansys以電磁場仿真為基礎，結合電路與系統仿真和多物理場仿真，能夠對微波射頻電路與系統進行全方位的虛擬仿真設計與優化。基于Ansys工具，通過系統仿真，研究射頻電路與數字調制之間的指標分配；通過電路和器件仿真，實現高性能的微波電路和器件設計；通過場路協同仿真，更準確地評估射頻天線系統的整體性能；通過芯片-封裝-系統的微系統級仿真，評估復雜工況和極小尺寸下的產品性能。Ansys仿真技術最終實現微波射頻電路與系統的高效率、高質量設計。
Ansys解決方案
Ansys微波射頻電路、IC及微系統解決方案以三維全波電磁場仿真軟件HFSS為基礎，結合電路仿真及電-熱-結構多物理場仿真技術，提供完整的仿真設計與優化方案。
展開 試論射頻電路PCB設計的困境和改善措施
射頻（RF）PCB 設計，在目前公開出版的理論上具有很多不確定性，常被形容為一種“黑色藝術”。通常情況下，對于微波以下頻段的電路（ 包括低頻和低頻數字電路）， 在全面掌握各類設計原則前提下的仔細規劃是一次性成功設計的保證。對于微波以上頻段和高頻的PC 類數字電路，則需要2~3 個版本的 PCB 方能保證電路品質。而對于微波以上頻段的RF 電路， 則往往需要更多版本的 PCB 設計并不斷完善， 而且是在具備相當經驗的前提下。由此可知 RF 電設計上的困難。
典型的射頻板
無線上網模塊
布局前需要熟知產品架構和信號流向
1 RF 電路設計的常見問題
1.1 數字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾
如果模擬電路（射頻）和數字電路單獨工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個電源一起工作，整個系統很可能就不穩定。這主要是因為數字信號頻繁地在地和正電源（>3 V）之間擺動，而且周期特別短，常常是納秒級的。由于較大的振幅和較短的切換時間， 使得這些數字信號包含大量且獨立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無線調諧回路傳到無線設備接收部分的信號一般小于1μV。因此數字信號與射頻信號之間的差別會達到 120 dB。顯然，如果不能使數字信號與射頻信號很好地分離， 微弱的射頻信號可能遭到破壞，這樣一來，無線設備工作性能就會惡化，甚至完全不能工作。
常見的干擾現象
數模射頻混合電路分區設計
1.2 供電電源的噪聲干擾
射頻電路對于電源噪聲相當敏感， 尤其是對毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會在每個內部時鐘周期內短時間突然吸入大部分電流， 這是由于現代微控制器都采用CMOS 工藝制造。因此， 假設一個微控制器以 1 MHz 的內部時鐘頻率運行，它將以此頻率從電源提取電流。
展開 
干貨|射頻電路設計要點（1.3萬字長文）
1、射頻電路中元器件封裝的注意事項
成功的RF設計必須仔細注意整個設計過程中每個步驟及每個細節，這意味著必須在設計開始階段就要進行徹底的、仔細的規劃，并對每個設計步驟的進展進行全面持續的評估。而這種細致的設計技巧正是國內大多數電子企業文化所欠缺的。
近幾年來，由于藍牙設備、無線局域網絡(WLAN)設備，和移動電話的需求與成長，促使業者越來越關注RF電路設計的技巧。從過去到現在，RF電路板設計如同電磁干擾(EMI)問題一樣，一直是工程師們最難掌控的部份，甚至是夢魘。若想要一次就設計成功，必須事先仔細規劃和注重細節才能奏效。
射頻(RF)電路板設計由于在理論上還有很多不確定性，因此常被形容為一種「黑色藝術」(black art) 。但這只是一種以偏蓋全的觀點，RF電路板設計還是有許多可以遵循的法則。不過，在實際設計時，真正實用的技巧是當這些法則因各種限制而無法實施時，如何對它們進行折衷處理。重要的RF設計課題包括：阻抗和阻抗匹配、絕緣層材料和層疊板、波長和諧波...等。
在 WiFi 產品的開發過程中，射頻電路的布線（RF Circuit Layout Guide）是極為關鍵的一個過程。很多時候，我們可能在原理上已經設計的很完善，但是在實際的制板，上件過后發現很不理想，實際上這些都是布線（Layout）做的不夠完善的原因。
展開 射頻電路電源和接地的設計方法
射頻(RF)電路的電路板布局應在理解電路板結構、電源布線和接地的基本原則的基礎上進行。本文探討了相關的基本原則，并提供了一些實用的、經過驗證的電源布線、電源旁路和接地技術，可有效提高 RF設計的性能指標。考慮到實際設計中PLL 雜散信號對于電源耦合、接地和濾波器元件的位置非常敏感，本文著重討論了有關 PLL 雜散信號抑制的方法。為便于說明問題，本文以 MAX2827 802.11a/g收發器的 PCB布局作為參考設計。
設計 RF電路時，電源電路的設計和電路板布局常常被留到了高頻信號通路的設計完成之后。對于沒有經過認真考慮的設計，電路周圍的電源電壓很容易產生錯誤的輸出和噪聲，這會進一步影響到 RF電路的性能。合理分配 PCB的板層、采用星型拓撲的 Vcc引線（如圖1所示），并在 Vcc引腳加上適當的去耦電容，將有助于改善系統的性能，獲得最佳指標。
圖 1：星型拓撲的 Vcc布線
電源布線和旁路的基本原則
明智的 PCB板層分配便于簡化后續的布線處理，對于一個四層 PCB板(WLAN
中常用的電路板)，在大多數應用中用電路板的頂層放置元器件和 RF引線，第二層作為系統地，電源部分放置在第三層，任何信號線都可以分布在第四層。第二層采用連續的地平面布局對于建立阻抗受控的 RF信號通路非常必要，它還便于獲得盡可能短的地環路，為第一層和第三層提供高度的電氣隔離，使得兩層之間的耦合最小。當然，也可以采用其它板層定義的方式(特別是在電路板具有不同的層數時)，但上述結構是經過驗證的一個成功范例。
大面積的電源層能夠使 Vcc布線變得輕松，但是，這種結構常常是引發系統性
能惡化的導火 索，在一個較大平面上把所有電源引線接在一起將無法避免引腳之間的噪聲傳輸。反之，如果使用星型拓撲則會減輕不同電源引腳之間的耦合。
展開 干貨｜射頻和數模電路PCB一般布局設計指南
本應用筆記提供關于射頻(RF)印刷電路板(PCB)設計和布局的指導及建議，包括關于混合信號應用的一些討論，例如相同PCB上的數字、模擬和射頻元件。內容按主題進行組織，提供“最佳實踐”指南，應結合所有其它設計和制造指南加以應用，這些指南可能適用于特定的元件、PCB制造商以及材料。
射頻板PCB布局原則
布局確定：布局前應對單板功能、工作頻段、電流電壓、主要射頻器件類型、EMC、相關射頻指標等有詳細了解，并明確疊層結構、阻抗控制、外形結構尺寸、屏蔽腔和罩的尺寸位置、特殊器件加工說明（如需挖空、直接機殼散熱的器件尺寸位置）等。另外還應明確主要射頻器件功率、散熱、增益、隔離度、靈敏度等指標以及濾波、偏置、匹配電路的連接，對功放電路還應得到器件手冊推薦的匹配走線要求或射頻場分析軟件仿真得到的阻抗匹配電路指導。
物理分區：關鍵是根據單板的主信號流向規律安排主要元器件，首先根據RF 端口位置固定RF 路徑上的元器件，并調整其朝向以將RF 路徑的長度減到最小，除要考慮普通布局規則外，還須考慮如何減小各部分間相互干擾和抗干擾能力，保證多個電路有足夠的隔離，對于隔離度不夠或敏感、有強烈輻射源的電路模塊要考慮采用金屬屏蔽罩將射頻能量屏蔽在RF 區域內。
電氣分區：布局一般分為電源，數字和模擬三部分，要在空間上分開，布局走線不能跨區域。
展開 高頻PCB電路設計常見的66個問題
仿真的種類很多，高速數字電路信號完整性分析仿真分析（SI）常用軟件有icx，signalvision，hyperlynx，XTK，speectraquest 等。有些也用Hspice。
55、PCB仿真軟件是如何進行LAYOUT仿真的？
高速數字電路中，為了提高信號質量，降低布線難度，一般采用多層板，分配專門的電源層，地層。
56、在布局、布線中如何處理才能保證50M以上信號的穩定性？
高速數字信號布線，關鍵是減小傳輸線對信號質量的影響。因此，100M以上的高速信號布局時要求信號走線盡量短。數字電路中，高速信號是用信號上升延時間來界定的。而且，不同種類的信號（如TTL，GTL，LVTTL），確保信號質量的方法不一樣。
57、室外單元的射頻部分，中頻部分，乃至對室外單元進行監控的低頻電路部分往往采用部署在同一PCB上，請問對這樣的PCB在材質上有何要求？如何防止射頻，中頻乃至低頻電路互相之間的干擾？
混合電路設計是一個很大的問題。很難有一個完美的解決方案。
一般射頻電路在系統中都作為一個獨立的單板進行布局布線，甚至會有專門的屏蔽腔體。而且射頻電路一般為單面或雙面板，電路較為簡單，所有這些都是為了減少對射頻電路分布參數的影響，提高射頻系統的一致性。相對于一般的FR4材質，射頻電路板傾向與采用高Q值的基材，這種材料的介電常數比較小，傳輸線分布電容較小，阻抗高，信號傳輸時延小。在混合電路設計中，雖然射頻，數字電路做在同一塊PCB上，但一般都分成射頻電路區和數字電路區，分別布局布線。之間用接地過孔帶和屏蔽盒屏蔽。
58、對于射頻部分，中頻部分和低頻電路部分部署在同一PCB上，mentor有什么解決方案？
Mentor的板級系統設計軟件，除了基本的電路設計功能外，還有專門的RF設計模塊。
展開 低功耗射頻無線數據采集節點電路
節點硬件設計
節點電路總體設計
CC430F5137的供電電壓范圍為1.8～3.6 V，選程度用兩節7號電池來提供3 V的直流電壓。配合軟件的設置可以最大程度地降低功耗。系統的關鍵部分是射頻發送利用一個射頻的天線模塊，可以保證射頻通信的穩定性，此無線模塊由芯片的 RF_N和RF_P兩個引腳接入。另外根據射頻發送的需要，接入一個26 MHz晶振。
CC430F5137的P1.5、P1.6、P1.7引腳可以用于串口通信和SPI通信，使用這三個引腳作為串口調試，另外P1.1、P1.2、P1.3引腳可以用于SPI和I2C總線通信，這三個接口用來預留連接傳感器的芯片。系統的主電路圖如圖2所示。
地址設定電路
為了使每個節點的地址唯一，采用8位的撥碼開關SW進行地址設定。如圖3所示，可以由撥碼開關來設定終端節點的地址，可以設定255個不同的地址，每一個終端節點作為從設備向中繼節點發送數據，然后由中繼節點發送到用于網絡管理的主控MCU，完成無線傳感器網絡數據的傳送。
本文利用TI公司的CC430F5137芯片，采用射頻通信技術設計的無線數據采集節點，這種設計可以大大地減小系統的體積。本系統可以采集各種各樣的信號，能將采集到的數據安全穩定地傳送到中間數據采集點。設計中載波監聽功能和信道空閑評估功能改進的射頻發送函數，可以有效地提高多個節點同時發送數據時的抗干擾性。
展開 干貨｜老工程師分享一些模擬電路設計的經驗
模擬電路的設計是工程師們最頭疼，但也是最致命的設計部分。盡管目前數字電路、大規模集成電路的發展非常迅猛，但是模擬電路的設計仍是不可避免的，有時也是數字電路無法取代的，例如RF射頻電路的設計。這里將模擬電路設計中應該注意的問題總結如下：
01
為了獲得具有良好穩定性的反饋電路，通常要求在反饋環外面使用一個小電阻或扼流圈給容性負載提供一個緩沖。
02
積分反饋電路通常需要一個小電阻（約560歐）與一個大于10pF的積分電容串聯。
03
在反饋環外不要使用主動電路進行濾波或控制EMC的RF帶寬，而只能使用被動元件（最好為RC電路）。
僅僅在運放的開環增益比閉環增益大的頻率下，積分反饋方法才有效。
在更高的頻率下，積分電路不能控制頻率響應。
04
為了獲得一個穩定的線性電路，所有連接必須使用被動濾波器或其他抑制方法（如光電隔離）進行保護。
05
使用EMC濾波器，并且與IC相關的濾波器都應該和本地的0V參考平面連接。
06
在外部電纜的連接處應該放置輸入輸出濾波器；在未屏蔽系統內部的任何導線連接處都需要濾波，因為存在天線效應。另外，在具有數字信號處理或開關模式的變換器的屏蔽系統內部的導線連接處也需要濾波。
展開 《Ansys_微波射頻電路與系統-連接器》現已開放領取
射頻連接器的設計難點
1.1 連接器的設計挑戰
1.1.1 電磁設計
1.1.2 結構可靠性設計
1.1.3 散熱設計
1.2 連接器的電氣性能
1.3 電磁與熱及結構的多物理場耦合分析
2. ANSYS全面的連接器多物理場仿真解決方案
2.1 ANSYS多物理場概述
2.1.1 電磁場解決方案
2.1.2 熱/應力解決方案
2.1.3 流體動力學解決方案
3. 案例 – N型連接器的多物理場可靠性分析
3.1 仿真設計過程
3.2 建立多物理場仿真流程
3.2.1 熱仿真分析
3.2.2 熱性能分析結果
3.2.3 不同輸入功率下的溫升曲線
3.3 結構仿真
4. 案例 – 射頻直角接頭的電熱耦合分析
4.1 直角接頭的材料選用
4.2 設計要點:支撐介質
4.3 Teflon熱性能分析
4.4 Fluoroloy H熱性能分析
4.5 連接器熱性能
5. 案例 – AEDT平臺連接器的電熱耦合分析
5.3 AEDT平臺的電-熱材料定義
5.4 AEDT平臺的電-熱耦合仿真
6.
展開 
模擬電路設計的一些經驗分享
模擬電路的設計是工程師們最頭疼，但也是最致命的設計部分。盡管目前數字電路、大規模集成電路的發展非常迅猛，但是模擬電路的設計仍是不可避免的，有時也是數字電路無法取代的，例如RF射頻電路的設計。這里將模擬電路設計中應該注意的問題總結如下：
01
為了獲得具有良好穩定性的反饋電路，通常要求在反饋環外面使用一個小電阻或扼流圈給容性負載提供一個緩沖。
02
積分反饋電路通常需要一個小電阻（約560歐）與一個大于10pF的積分電容串聯。
展開 采用升壓開關與補償電路均集成于器件內部于一體的射頻放大芯片-WT20-1809
射頻放大芯片（如低噪聲放大器LNA、功率放大器PA）的核心功能是通過放大高頻信號實現無線通信的穩定傳輸，其工作原理分為發射鏈路和接收鏈路兩部分。
一、發射鏈路（數字信號→射頻信號）：
調制與放大?：基帶數字信號經調制器加載到高頻載波（如5G的64QAM調制），再通過驅動放大器初步放大。
波與功率放大?：信號經帶通濾波器去除雜波后，進入功率放大器（PA）提升至天線發射功率（手機通常為1~23dBm）。
天線輸出?：放大后的信號通過天線開關切換至發射天線輻射至空中。
二、接收鏈路（射頻信號→數字信號）：
微弱信號接收?：天線接收的微弱射頻信號（低至-100dBm）經天線開關進入低噪聲放大器（LNA），在抑制噪聲的前提下放大至可處理水平（LNA增益≥15dB）。
混頻與解調?：放大后的信號與本地振蕩器產生的基準信號混頻，下變頻至中頻或基帶（如28GHz毫米波降至幾百MHz中頻），再經解調器還原為數字信號。
動態控制?：內置射頻控制器實時調整PA功率和LNA增益，優化不同環境下的信號穩定性。
由工采電子代理的韓國WellangWT20-1809是一款單通道低噪聲塊轉換調節器（LNBR）；專為模擬和數字衛星接收器設計，屬于單片式線性及開關電壓調節器，可用于通過同軸電纜向兩個LNB下轉換器提供穩定的功率和接口信號。
WT20-1809集成了升壓開關和補償電路，極大地簡化了系統架構，降低成本，同時保證了極低的噪聲和紋波值；采用符合I2C?標準的接口，工作頻率高達400 kHz，便于數據傳輸，同時設有音調控制引腳，可控制內部生成的22 kHz音調的開關，方便進行DiSEqC?音調編碼。
此外還提供了一整套故障寄存器，符合各種常見標準，包括過電流、熱關斷、低電壓和功率不良等。
展開 常用外圍電路設計，硬件電路設計參考及注意事項
(這個根據PCB的成本及防護級別要求來決定添加與否)
三、輸出電路繼電器設計參考
1、U1光耦分離高低壓，防止高壓干擾，實現電氣隔離
2、D5 1N4148續流二極管bai保護元件不被感應電壓擊du穿或燒壞，以并聯的方式接到產生感應電動勢的元件兩端，并與其形成回路，使其產生的高電動勢在回路以續電流方式消耗，從而起到保護電路中的元件不被損壞的作用。
四、達林頓晶體管設計參考應用
達林頓晶體管，小伙伴們一般常用于步進電機驅動，其實可以用于電機調速，大功率開關電路，驅動繼電器，驅動功率比較大的LED光源，利用PWM來調節亮度哦。
1、R6 R7 R8電阻用于限流，防止ULN2001損壞，導致高壓直接輸入到MCU的IO（由于ULN2001D本身自帶2.7K電阻，這里的R6 R7 R8可以省略,如果某些驅動芯片沒帶電阻最好自己加上,具體情況可以查看選用芯片的數據手冊作決定）
2、COM 端接電源當輸出端接感性負載的時候，負載不需要加續流二極管，芯片內部設計有二極管，只需COM口接負載電源即可，當接其他負載時，COM口可以不接。
3、在使用阻容降壓電路為 ULN2001D 供電時，由于阻容降壓電壓無法阻止電網上的瞬態高壓波動，必須在 ULN2001D 的 COM 端與地端就近接一個104 電容，其余應用場合下，該電容可以不添加。
五、運算放大器設計參考應用
利用運放巧妙采集負載的當前電流，可以準確知道當前負載運行情況，有沒有正常工作，非常好用哦。運算放大器還有很多很精妙很實用的電路，以后會一一跟大家分享，大家有空也可以網上搜一搜運放的一些經典電路，很多可以參考的地方。
展開 電磁仿真計算的最佳單機（工作站、服務器）、集群硬件配置方案
以下是電磁仿真的一些主要方面、常用的仿真軟件以及相關的算法和求解器
主要研究方面：
1) 天線設計和分析：電磁仿真用于設計和分析各種類型的天線，以優化其性能。
2) 微波和射頻電路設計：在射頻和微波電路中，仿真用于分析和優化濾波器、放大器、天線等組件。
3) 電磁兼容性（EMC）：仿真可用于分析電子設備之間的電磁干擾，以確保設備之間的互操作性。
4) 電磁場輻射：研究電磁波的輻射和傳播，如雷電、電磁輻射等。
5) 電磁散射和反散射：分析物體對電磁波的散射特性，如雷達散射和探測。
6) 電磁場仿真：分析電磁場的分布和行為，如靜電場、磁場等。
常用的仿真軟件：
1) Ansys HFSS：用于高頻電磁仿真，主要用于天線、微波器件、射頻電路等的設計和分析
2) ANSYS Maxwell：用于低頻電磁仿真，主要用于電機、變壓器、電磁鐵等的設計和分析。
3) CST Studio Suite：用于高頻電磁仿真的全面軟件套件，支持多種應用領域:天線、雷達、電磁兼容等領域的設計和分析。
4) FEKO：用于電磁仿真和天線設計的軟件，適用于廣泛的電磁頻譜。
5) ADS：用于高頻電磁仿真，主要用于射頻電路、微波器件等的設計和分析。
6) XFDTD: 一款電磁仿真求解器,用于全波、靜態、生物熱、優化和電路等
7) COMSOL Multiphysics：多物理場仿真軟件，支持電磁、熱傳導、流體力學等多個領域的仿真。
8) Sim4Life：用于生物醫學電磁仿真的軟件，用于分析電磁場對人體的影響。
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