无线时代

浅谈现代射频电路设计

无线杂谈  ·  

前段时间有位认识多年的好友向我咨询如何开始射频电路设计,需要看哪些书。我回想了一下自己书架上大量的书籍,其中印象最深刻的两本就是业界的经典著作《微波工程》和《射频电路设计》。然而,在实际的工作中,这两本书中所讲到的知识,在实际的产品研发工作中,似乎并没有发挥太大的作用。通过粗浅分析,我觉得主要原因是:现代射频电路设计已经发生已经发生了很大的变化。当然,前沿领域或者微波产品的开发想必是理论与实践的紧密结合。

这些年来,无线产品越做越小,射频芯片的集成度越来越高,尤其是2013年ADI公司推出的AD9361,把一大堆功能模块集成到了10*10mm的一颗芯片内,极大地简化了以往复杂的射频电路设计,也极大地缩小了PCBA的尺寸。还记得2015年我与某客户聊天时,客户说:“现在全民都在搞AD9361”,可想而知,这颗芯片的影响力有多大。于是,市场上出现了各种各样的基于FPGA+AD9361的无线产品。这些产品的射频电路设计,都是围绕AD9361展开的,只要给AD9361配上低噪声放大器功率放大器、滤波器及射频开关就可以了,与WiFi产品的射频电路设计是一样的。

AD9361适用于宽带无线产品,市场上同样有很多类似于AD9361,但是面向窄带应用的高集成度无线收发器,例如Semtech公司的LoRa收发器,各种面向对讲机应用的收发器。这些芯片的射频电路设计同样是低噪声放大器功率放大器、滤波器及射频开关几个功能模块。如果不是特殊需求,我想不会有人从AD/DA开始使用分立器件做无线产品,这样做既不经济,又不可靠。

谈到低噪声放大器设计,我们在教科书上看到的大多是使用晶体管进行仿真、设计(射频微电子类书籍除外),而在实际的产品中,我们通常会选择射频芯片厂家做好的低噪声放大器芯片,人家做的尺寸小,指标高,价格也不贵,实在是没有自己设计低噪声放大器的必要。对于功率放大器,如果是标准频段小功率产品,那么同样有很多现成的芯片可以选择,只有非标频段或者需要输出较大的射频功率,才需要进行比较复杂的功率放大器设计。滤波器和射频开关则更简单,市面上有超多的型号可供选择,除非是大功率的情况。

所以,未来的射频电路设计或者说射频设计还有哪些工作可做呢?我觉得有几下几种:

回到本文开头提到的理论与实践结合的问题,现代射频电路设计已经大大简化,工程师只要具备基础的射频知识就可以开展工作了。即便是大功率放大器这种比较有含量的部分,器件厂家也会给出参考设计,工程师要做的就是往往只是把参考设计与其他模块设计到一张PCB上面。以数学为例,射频工程师在工作中涉及到的计算往往是加减乘除等基础知识,无独有偶,我的一位从事大宗商品交易的亲人,还有一位从事科研工作的好友,他们在工作中用到的数学知识仅仅是加减乘除,同样是基础知识。当然,以上论述只是本人的粗浅理解,在射频仪器、雷达等产品中,想必与一般的无线通信产品是大不同的。

综上所述,开始射频电路设计的最好方式是:读1-2本经典书籍,掌握其中的基础知识、概念,在工作中多思考、多实践,遇到不理解的再去翻阅书籍,然后再去实践。结合本人的亲身体会,无论什么知识(包括但不限于数学、通信、射频),只要不与工作相结合,都会快速忘记,只有与工作相结合的知识,才能长期记忆。

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