工程師詳細(xì)講解分析RF PCB的設(shè)計(jì)

RF PCB 設(shè)計(jì)主題中經(jīng)常提到的一個(gè)術(shù)語是平衡非平衡轉(zhuǎn)換器的使用，但有時(shí)可能不清楚這些設(shè)備的作用或需要它們的原因。 在RF PCB設(shè)計(jì)中，有時(shí)需要平衡/不平衡信號(hào)之間的阻抗匹配和同步轉(zhuǎn)換。 這就是不平衡變壓器派上用場(chǎng)的地方。

如果您想更多地了解什么是不平衡變壓器，這可能是一個(gè)內(nèi)容豐富的話題。 一些不平衡變壓器的描述可能比較深?yuàn)W或過于簡(jiǎn)單，所以我會(huì)盡量簡(jiǎn)明扼要，將它們與大多數(shù)設(shè)計(jì)人員熟悉的PCB設(shè)計(jì)概念聯(lián)系起來。 希望您有足夠的背景信息來選擇不平衡變壓器并將其納入您的 PCB 布局。

非常簡(jiǎn)單，不平衡變壓器是一種將不平衡（單端）交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡（差分）交流信號(hào)的設(shè)備。 平衡非平衡轉(zhuǎn)換器可以采用多種形式，但最常用的低頻射頻信號(hào)（例如 CATV 和電視天線）是簡(jiǎn)單的變壓器或一組耦合電感器。 通過在單端射頻輸入信號(hào)和差分信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，信號(hào)可以輸入到差分接收器、偶極天線或其他差分操作的組件中。

以下是常見射頻系統(tǒng)中不平衡變壓器的一些示例：

簡(jiǎn)單的變壓器。 這可能是最簡(jiǎn)單的巴倫類型，但也是最大的。 的

中心抽頭變壓器。 這對(duì)變形金剛巴倫來說是更好的選擇。 變壓器的中央抽頭為平衡信號(hào)提供共享參考網(wǎng)絡(luò)。 平衡不平衡轉(zhuǎn)換器每一側(cè)的阻抗取決于無螺紋側(cè)和半抽頭側(cè)之間的匝數(shù)比。

LC 電路中的耦合。 通過在LC電路中利用電抗元件之間的耦合，可以創(chuàng)建具有與中心抽頭變壓器相同的阻抗轉(zhuǎn)換功能的電路。 這是一個(gè)涉及 LC 電路仿真的更復(fù)雜的主題。

分布式巴倫設(shè)計(jì)。 這些 Barron 設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，因?yàn)樗鼈兝昧擞≈圃?PCB 上的導(dǎo)線之間的耦合阻抗。 類似的結(jié)構(gòu)也被用于將平衡不平衡變換器放置在集成電路中。

我列出的最后幾種平衡非平衡轉(zhuǎn)換器涉及多種設(shè)計(jì)，需要在 PCB 上仔細(xì)放置印刷元件。 這是大多數(shù)設(shè)計(jì)人員可能覺得深?yuàn)W的 RF PCB 設(shè)計(jì)的一個(gè)方面。 幸運(yùn)的是，微波工程教科書和研究文獻(xiàn)中有許多設(shè)計(jì)為 Barron 的設(shè)計(jì)提供了良好的起點(diǎn)。

Balun 在無源放大器、倍頻器、移相器、調(diào)制器和偶極天線饋源中找到了自己的家。 在這些應(yīng)用中，不平衡變壓器執(zhí)行兩個(gè)重要功能。

阻抗匹配

平衡不平衡轉(zhuǎn)換器的一個(gè)重要作用是提供平衡不平衡轉(zhuǎn)換器的平衡端和不平衡端之間的阻抗匹配。 例如，在不平衡變壓器中，可以通過選擇合適的匝數(shù)比或初級(jí)和次級(jí)線圈電感的比值來實(shí)現(xiàn)。 理想不平衡變壓器的回波損耗為 S11=負(fù)無窮大。

隔離

由于不平衡變壓器通過電耦合或磁耦合傳輸功率，因此它們?cè)谄胶夂筒黄胶庑盘?hào)之間提供了一定程度的自然隔離。 只要平衡非平衡轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)正確，就可以幫助隔離輻射EMI，防止其在平衡非平衡轉(zhuǎn)換器的兩側(cè)之間通過。 如果信號(hào)饋入差分接收器，平衡非平衡轉(zhuǎn)換器的平衡端也具有很高的共模噪聲抗擾度。

如何使用Barron Layout RF PCB

在RF PCB布局中使用平衡不平衡變壓器時(shí)，有兩個(gè)挑戰(zhàn)：平衡不平衡變壓器本身的布局，以及不平衡和平衡線路的布局。 遵循與其他 RF PCB 相同的策略：

提供電路塊之間的隔離，例如通孔柵欄或電子帶隙結(jié)構(gòu) (EBG)

需要時(shí)選擇更短的布線和匹配阻抗

嘗試將布局網(wǎng)格化，使不同的功能塊位于板上的不同位置

用在偶極天線饋線上時(shí)，平衡不平衡變壓器放置在地平面區(qū)域的邊緣，平衡輸出直接路由到天線。 這通常在倒 F 天線或其他微帶天線上完成。 改變方向，例如使用單極天線或同軸連接（即帶 U.FL 連接器的非平衡天線），并且無論如何在地平面上進(jìn)行所有操作。 為了提供高隔離度，您可以通過饋線周圍的孔以及天線區(qū)域和其他電路之間的孔放置接地保護(hù)。

一旦了解了平衡不平衡變壓器，您就可以更輕松地確定哪種平衡不平衡變壓器最適合您的 RF PCB。