基于EDA软件的射频电路设计

刘秉科

（天水师范学院，甘肃天水，741001）

1 射频电路设计中的EDA

Agilent公司开发的ADS软件已成为射频设计最广泛使用的EDA工具，另外还有AWR等小型电路设计软件可辅助设计。ADS软件是一款综合性电子设计软件，在电磁兼容分析、电路设计分析、器件分析等方面具有较高的计算精准度。针对我国目前常使用的微带无源电路，比如耦合器、滤波器与无源匹配传输线路等，可以利用AWR等快速计算参数，部分滤波器件能够直接使用设计向导，较为迅速，之后在ADS中通过EM仿真创建模型，利用FEM或者MOM实现优化仿真得到最佳电路参数，使设计效率及准确度得到提高[1]。

2 基于EDA软件的射频电路设计

设计一款射频低通滤波器，要求带内波纹为0.2dB，截止频率为2.2GBz，组带频率为4.2GHz时组带最小衰减30dB，输入输出端特性阻抗为50Ω。利用微带实现，基片参数设置为9.66。低通滤波器设计方法包括影像参数法、分布参数法、综合设计法。综合设计法也称为原型设计法，是基于衰减与相移函数，通过网络综合理论先得到集总元件的低通原型电路，之后通过射频结构实现低通原型电路中的元件。低通原型设计步骤为：对归一化频率进行计算，以给定通带和衰减值，查看工程图表，确定元件数目N及滤波器元件的归一化值，并且确定串并联方式，最后计算所有元件真实值。

2.1 原型滤波器确定

利用Microwave Office软件中Filter Synthesis Wizard功能，依次选择切比雪夫式、低通，将上述指标参数输入到参数定义页面中。将原型滤波器设置为集总元件、理想电路模型、电容输入式。全部实现后，即可生成原型滤波器原理图。

2.2 微带线结构尺寸

使用高低阻抗线进行实现，微带线宽度通过Microwave Office软件中Txline直接计算得出，输入基片参数与工作频率，低阻抗线设置为10Ω，得出低阻抗线宽度为10.4；高阻抗线设置为80Ω，得出高阻抗线宽度为0.29mm。

2.3 焊盘设计

在射频电路设计过程中，超高频RFID读写器射频电路焊盘的设计主要包括：其一，PAD设计。PAD为元件物理焊盘，在进行设计的过程中，假如此为正片层，要利用Regular pad实现连接。相反，假如为负片层，要利用Thermal relief实现连接，并且利用Anti pad隔离。其二，其他层设计。焊盘中除了PAD层，还有预留层、助焊层、阻焊层等。在设计助焊层的过程中要使用钢板实现，和PCB相应元器件结合实现打孔，这个时候锡膏漏下能够焊接。另外，还要对焊层尺寸进行保证。对阻焊层来说，其实就是绿油部分，在板子中映射的为露出来的铜皮，为了使其厚度得到增加，要设置阻燃层，使相应要求低饿到满足。预留层的主要目的就是对用户信息进行添加，尺寸和助焊层尺寸一样[2]。

2.4 封装设计

在PCD设计的过程中，要提前设计各器件封装，使用Allegro创建封装库，对各部件参数进行检查，之后连接焊盘，最后直接导入。

2.5 布线设计

在RF电路设计中，传输线布线方式对射频信号性能有直接影响。

其一，阻抗匹配设计。针对信号完整、无损传输等，传输线阻抗匹配为主要内容。因为射频原件阻抗为50Ω，所以要求传输线也是50Ω。因为传输线会受到介质常数、导线厚度、阻焊层厚度、所在层厚度等因素影响，所以要利用Polar Si8000软件进行计算；其二，走线规则。在进行设计过程中要去线路布设践路路径最短，并且避免出现变形等问题，使损耗得到降低。另外，信号之间传输距离要求落实3-W原则，避免紧邻传输线出现磁通耦合等问题；其三，降低信号回流路径。在PCB布线时，要求信号回路路径降低，以此使高频辐射得到降低。在高速信号传输的过程中，信号流向为通过驱动器，由PCB传输线到负载，并且根据电源最短线路返回到驱动器端[3]。

2.6 射频接收电路设计

读卡器接收系统设计使用零中频接收结构，为了避免零中频直流偏差干扰，使射频电路灵敏度得到提高，使用双通道零中频接收结构，如图1。天线接收标签方向散射回信号AM波。通过试验与设计要求进行分析，设计使用双通道中频接收体系。

图1 双通道零中频接收结构

天线接收射频信号，经带通滤波与低噪声放大之后，功分器输出相差90°且功率相等的上下两路射频信号。本振信号也通过功分器划分成为功率相等且相差90°的两路信号。两路信号分别进行混频，通过低通滤波器滤波，输出两路相位相差180°的基带信号，再经差分放大后，信号通过电压比较器转换为数字基带信号[4]。

2.7 射频发送电路设计

射频发送电路由基带调制、放大与滤波等组成，采用幅度键控调制。图2为调制原理图，通过控制芯片编码信号Signal先进反向，之后分为两路，一路送到HMC195的第4引脚B，另外一路通过再次反向之后送入到芯片第6引脚A中，在Signal为1的时候，通过一次反向之后的B为0，通过两次反向之后的A为1，此开关使第5引脚与第1引脚接通，送出高频信号，在Signal为0的时候，B就是1，A就是0，开关实现芯片3、5两个引脚的导通，从而实现射频信号通断键控[5]。

图2 调制原理图

信号通过调制之后送入到带通滤波器中，对调制过程中的杂波进行滤除，滤波器使用B4637芯片，其属于应用到无线通信与移动通信的低损耗、低功耗的射频带通滤波器，中心频率设置为915MHz，通带带宽为26MHz，具有良好的边沿截止特性，能够有效滤除滤波器通带范围外信号。射频信号通过过滤后的信号功率逐渐缩小，要通过功放进行放大，之后送到天线发射。设计中使用MAX2056芯片，此芯片为800MHz到1000MHz信号的专用放大器，其增益为15.5dB，噪声系数为-4.5dB，可用于本系统放大信号[6]。

3 结束语

EDA技术历经三个发展阶段，早期EDA软件使工作人员劳动负荷得到降低，使工作效率得到提高，但是自动化比较低。在EDA不断发展过程中也逐渐成熟，其不再是适应单一工作需求程序软件，而是能够替代大部分人力设计高级软件仿真系统。本文对通信系统主要射频部分的电路进行设计，和实际使用结合表示，此设计实用且有效。