最近使用开关电源的一些问题总结

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因为经常设计的是射频或者是低频的模拟电路，所以设计中很少用到开关电源，但是有几种情况下，必须选用开关电源，才能满足系统的性能！

1. 输入的电源电压比系统所需要的电压低，在这种情况下，系统需要升压芯片来提高输入电压，对于这种电路，如果被供电电路是敏感的模拟信号或者是射频信号，那么建议采用LC 的网络滤波，或者再采用一级LDO来降压，从而达到输出低纹波的特性。

2. 系统的电压需要负压，在这种情况下，系统需要开关电源把正压变换为负压。如果被供电电路是敏感的模拟信号或者是射频信号，那么建议采用LC 的网络滤波，或者再采用一级负压的LDO来降压，从而达到输出低纹波的特性。

3.系统的输入电压比系统所需要的电压大很多，并且系统需要的电流很大，此时若使用LDO或者三端稳压芯片，芯片上的功耗会很大，不仅降低了系统的效率，而且给系统的散热带来问题。此时可以首先使用开关电源电压降低到一个比较合适的电压，再使用LDO.

在使用的过程中还有一些问题需要注意：

一。最近使用正电到负电的变压芯片时，发现输出的负电压不足，当与负载断开时，发现电压恢复，开始怀疑时后级电路出了问题，但是当采用稳压电源供电时，负电压并没有限流，而且采用万用表的电流档测试时，发现电流只有50mA，后来发现当我把芯片输出正电的线路中串连的大电感去掉后，输出正常。所以在开关电源中，输入电压供电的线路中加入大电感，虽然在一定程度上有隔掉j交流干扰分量的作用，但是同样影响的开关电源的的正常工作。

二。开关电源虽然具有很高的效率，但是毕竟不是100％，而且开关电源芯片的热阻相对比较小，散热能力相对差，所以一定要计算系统所需的电压和电流，从而计算出系统的功耗，然后根据效率曲线计算出消耗在开关电源芯片的上功耗。通过热阻计算芯片的温度是否超过芯片能承受的温度。然后留出一定的余量的情况下，选择芯片。

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射频系统设计中结构和指标的若干问题1

最近的设计中在系统结构上，想了几点：

        混频器的本振功率电平和谐波问题：在一定的情况下，本振的功率越高，混频器的三阶交调节点和1dB压缩点就会相应提高，所以当输入的信号一定时，相应的三阶交调的分量和输出信号的谐波就会相应减小，但是我实测过，这也并不绝对，在调节本振功率的过程存在者一个最佳的本振功率值，当本振的功率在这个值时，输出的无用的频率分量就会相对小。 由于混频器的本身利用了非线性的特性，关于本振的谐波对于混频输出信号的影响（除去n*LO+/-RF成分），至今没有做过太多的研究。

但是本振信号大了会使得信号的，本振驱动放大器的压力增大，甚至会饱和，同时大的本振也会有更多的能量泄漏到输出端，特别对于射频和本振相近的时候，这样就增加了后端滤波器的压力。

混频器输出后，是先接滤波器还是先接放大器。这个问题我思考过，但是没有做过试验。我觉得，当先接滤波器时，无用的频率分量会反射回来，然后再次经过混频器后，进入混频器输入，信号的多次反射会造成更多频率分量产生的可能以及其他的潜在问题，但是滤波后再放大，不需要的频率分量就会得到较大的抑制，放大器的交调输出就会较小。 如果先放大再滤波，混频输出信号中的无用频率分量就会产生交调，如果有些交调落到离输出信号比较近的地方，那么滤波器的作用就会大打折扣了。但是先接放大，当无用频率分量从滤波器出反射回来的时候，由于放大器的反向隔离度比较大，所以反射回来的信号再次进入混频器的功率较比较小。

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与宁波的一位工程师的交流

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滤波器的选型思考（续2）

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滤波器的选型思考（续2）

下面原理性的东西是根据一些资料的总结：

声表面波—SAW（Surface Acoustic Wave）就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。它采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，把设计好的两个IDT的掩膜图案，利用光刻方法沉积在基片表面，分别作为输入换能器和输出换能器。其工作原理是输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。

SAW滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻，其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右，且能实现多种复杂的功能。SAW滤波器的特征和优点，适应了现代通信系统设备及便携式电话轻薄小型化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之处是所需基片材料的价格昂贵，对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。

SAW滤波器在抑制电子信息设备高次谐波、镜像信息、发射漏泄信号以及各类寄生杂波干扰等方面起到良好的作用，可以实现任意所需精度的幅频和相频特性的滤波，这是其它滤波器难以完成的。近年来国外已将SAW滤波器片式化，重量只有0.2g；另外，由于采用了新的晶体材料和最新的精细加工技术，使SAW器件上使用上限频率提高到2.5GHz～3GHz。从而促使SAW滤波器在抗EMI领域获得更广泛的应用。

我记得大学时候用的生表面滤波器的通带差损约为20dB，它作为中频135M的滤波，滤波后要加两级放大来提高信号的功率。声表滤波器的差损相对一般的滤波器比较大，但是截止特性比较好，过渡带比较小。前一段时间问了结果公司作的指标，咨询了一个80M的。他们一般会告诉你3dB带宽是多少，40dB的带宽是多少。比如她告诉我3dB带宽是4M,40dB的带宽15M,也就是对应着通带为4M,通带内的差损<3dB,在偏离中心频率7.5M的衰减大于40dB。目前的声表滤波器的频率相对较低，一般都是M级的居多。个人感觉采用声表滤波器和LC的有缺点为：对于接收后级的中频滤波，窄带信号，批量化的产品，要求截止特性很好，后级有足够的增益的情况下可以考虑采用声表面波滤波器，因为后级的差损不会影响接收机的整体噪声系数，批量化的产品使得滤波器的成本很小，同时体积相对于其他的滤波器非常的小，中频的增益一般比较好作。但是如果遇到宽带的信号，声表面滤波器比较难作，当产品数量比较小时，调试LC滤波器需要的时间相对小，成本要低。

声表面波器件除了用作滤波器外还可以作为梳妆谱发生器，来产生低频信号的高次谐波。早期的声表面器件还广泛的用于雷达脉冲模拟的线性调频和脉冲压缩技术中。

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线性稳压器件选择

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线性稳压器件选择

最近再做一个射频系统的方案，其中一部分工作就是给系统的各模块选择供电模块，对于射频系统，一般都采用线性的稳压器件提供电源。当然LDO最为首选。

系统的芯片一旦选定，按照科学的方法应该，列出全部器件的电流消耗，以及需要的电压，然后选择合适的器件。一般的系统的电流最好比稳压芯片提供的电流要小多一点，会使得系统要较好的稳定性，容易在高低温的条件下工作。我听一些搞军工的工程师说，他们甚至根据系统电流消耗低于器件额定电流的10%来选择稳压器件。

除了选择好额定电流外，还要注意，稳压芯片的最大功耗指标，一般按照 Pd=(Tj－Ta)/(ceta-j)来估算稳压芯片的最大功耗，其中Tj为器件的节温度，centa－j（希腊字母）为器件散热电阻，上述两个值可以在器件的手册上找到，Ta为环境温度，然后可以计算出最大的耗散功率。然后根据P=（Vin-Vout）×Imax来计算你的系统实际的功率消耗，当然只有当你的系统的P

接下来就是选择合适的封装，目前的稳压芯片的散热焊盘一般是地或者输出引脚。如果选择地是散热引脚的，那么往往可以将散热盘和PCB的地或者是屏蔽盒之类的金属物相固定。即增加了散热的速度也可以有效的是的地的连接更加好，也有的设计找不到合适的地作为散热焊盘芯片，这样只能通过绝缘的导热胶来将散热和PCB或者屏蔽盒固定在一起。

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滤波器的选型思考（续1）

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滤波器的选型思考（续1）

我一般的设计方法，就是先根据仿真结果，现在试验板焊接对应的元器件，然后分级的调试通带和阻带。调试完后一定要注意一个问题，准确的记录你焊接到电路板上元器件的参数，不同的厂家的电容和电感，虽然标称值是一样的，但是他们在高频上表现出来的特性差别有的非常的大，在试验中深深感到这一个问题。两个电容的并联按道理上是两个电容值相加，但在滤波器设计上，这个可能会出问题。

一个比较好的解决问题的方法；就是找到你所用的器件的库，比如我用ADS仿真，找到使用的电容和电感的厂家的仿真库，然后直接采用它们库中的元件值和模型，最后的结果就比较接近实际情况。而且由于你使用的都是从库中拖出的标称值，可以轻松的购买到产品。

在LC滤波器设计中，还有一个问题就是避免使用大的电感元件，因为大的电感元件一是体积可能要大，Q值很小，对应的直流阻抗很高，所以通带的差损也高，对有用的信号的衰减大，同时也就增加了噪声系数，特别是对于前级低噪声接收部分，这是不允许的。

在调试的过程一定要注意的问题就是接地，接地对于射频的调试都是非常的关键的，接地不好可能带来问题非常的多，接地好坏，对于滤波器的性能影响非常的大，我在试验中深有体会。（待续）

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滤波器的选型思考

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滤波器的选型思考

当今半导体和通信的发展，使得射频器件集成化越来越高，很多射频器件都做成单片的芯片，价格也大幅度的降低。但是在射频的系统设计中，滤波器成为一个难以大规模集成的产品，也成为小批量设计中，成本很高射频器件，在系统中发挥的着重要的作用，所以滤波器的选型也非常的关键。

滤波器无法大规模的集成原因就是不同的系统有不同的频率规划，不同的频率规划就产生了不同的输出信号和杂散信号，而滤波器就是要滤除这些无用的频率分量，而保留有用的信号，从而提供信号的纯度，降低输出杂散。

目前的滤波器有LC滤波器，声表面波滤波器，微带滤波器，介质滤波器，腔体滤波器等

这些滤波器的种类应用的场合也不同：

LC滤波器主要用在低频的滤波，设计中有常用的若干类型,如巴特沃斯（通带最平坦，过渡平滑），切比雪夫（过渡带很窄，通带有波动），椭圆（截止特性好，对器件值的灵敏度高）等。在设计这些滤波器时，可以分结的调试，比如最为常用的椭圆滤波器，它的每一节都对应着一个频点，所以可以将电感和电容的值调节到指定的频点时再调节下一节，这样就有效的提高调试的效率。避免无从下手，乱调的麻烦。再有这些滤波器除了设计的通带外，一般在高频上都会有寄生的通带，所以设计的时候一定要注意在你设计的滤波器的寄生的通带上是否存在你要滤除的的频率分量。实际的设计和仿真可能偏差比较大，在调试过程要根据设计的情况作调整。（待续）

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晶振的性能小议

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晶振的性能小议

前端时间买了KOAN公司的一个普通晶振，今天拿到一台可以直接测试相位噪声的频谱议，测试了一下特性。

把测试结果说一下：

1. 该晶振采用3,3V供电，输出CMOS电平。频率为25M,产品说明书上频率稳定度正负20ppm，（ppm是百万分之一，也就是频率会在输出频率乘以这个值得到的频率范围内变化）。优良的晶振还会体长期的稳定度，上电稳定时间，相位噪声等。测试输出的信号注意要用交流耦合输出，因为TTL电平存在直流电压，直接接会损害仪表，切记！测试是可以看到基频能量最高，接着就是3，5，7，9次等基次谐波，其输出的功率比基频小10dB，偶次谐波会比基频低30dB以上。观测信号直到1G都很强。

从上面得出一个结论，在电路设计中，25M的数字信号可能包含丰富的频率分量,以致上G，所以我们设计电路是不能只认为它工作在25M,要充分利用传输线的理论来进行电路设计。

另外，我们可以采用取谐波的方法来实现高频的信号源，特别是奇次谐波。为我们产生高频的源提供一种思路。具体首先就是，先滤波再放大。谐波和基频具有相同的频率稳定度。

2. 测试相位噪声为 @1k -80dBC/Hz  @10k -103dBC/Hz  @100k -120dBC/Hz  @1M-126dBC/Hz ,显然这个晶振的相位噪声特性不太好。我查阅了一些较好的温补晶振，可以做到 @1k -120dBC/Hz  甚至 @1k -140dBC/Hz ，@1k -140dBC/Hz 这种体积一般会非常的大。再测试过程我发现，如果增加电源的滤波，想在会改善比较可观，所以振荡器的电源的滤波也会影响振荡器的相位噪声。

再选择晶振时，如果出现倍频和分频，就会出现相位噪声的变化，计算关系 20log（f0/fin）。所以我们可以根据系统最后要求的指标反算会晶振的相噪要求。再留出一定的余量。

任何的时钟管理芯片并不能提高源的相位噪声，好的芯片只是对于源的相位噪声的恶化要小，所以只有选择好源，才能出好的信号。

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DDS再板调通

经过忙碌的一天，第二版的调频脉冲信号源调试成功。

但是调试过程中遇到了一些问题。

1．因为项目要求的信号源的调频脉冲很短，所以DDS的控制需要很高的数字信号来控制，才能完成快速的开关控制和扫频输出。采用一个FPGA的开发板来实现控制。因为开发板上的按键没有接专用的复位芯片，所以每次采用复位时，有的时候可以正常工作，但是有的时候需要按上几下才可以，我觉得主要是按键的抖动问题引起的。原来用单片机时，如果按键有抖动可以采用延时去都是，但是FPGA是并行的进程，延时似乎不能解决这个问题，这个目前正再思考怎样来处理。

2. 在调试过程，如果我突然把示波器的探头接在PCB的地上时，输出信号就会消失，然后复位一下就能正常工作了，即使测试的探头已经在电路版的地上。我觉得这个可能和设备的接地有关系，可能是实验室的设备之间共地不好造成的。

3. 目前，输出两路中有一路，是宽带输出，已经定做了滤波器。另一路输出是单频信号，我已经采用试验板调好了一个LC滤波器，但是调试起来非常的麻烦，即使在试验板上调试好，但是最后安装到真正板上还需调试，滤波器的性能还查强人意。前几天问了一家中发定做声表面滤波器的，价格100多一个。我原来用过声表滤波器，阻带截止特性很好，特别适合作窄带滤波，通带内的差损也不是很大。所以正考虑采用什么方法来作。

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SMA接头的小议

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SMA接头的小议

作射频电路设计中，经常会在电路中加入SMA接头用于输入和输出信号。在射频电路中SMA接头是最最常见的接头。

新一代的仪表上都配有SMA接头或者相应的SMA转换接头。比较老的仪表中，采用BNC的比较多。所以使用老的仪表时要常备BNC到SMA的接头。

SMA接头的质量也不一样，单从对信号质量影响的角度来说，好的SMA接头提供良好的驻波比，对于信号反射小，可以有效的传输信号。我作过测试，对于一个接有两个SMA接头的50欧姆的同轴线，测试整个线路带来的损耗时，大部分的损耗不是线缆造成，而是SMA接头以及线缆和SMA的接头的质量造成。

SMA接头有很多中类型，从接口的连接看，有公和母（或称阳或阴）。接法上，有的可以直接插在PCB的侧面，如果插在侧面不方便的话，可以插在PCB的上面，中间是信号，周围四个脚是地。还有的是带有螺丝固定的，主用用于带有屏蔽盒的射频电路的侧壁连接。有代四个螺丝的，有两个的。

最近作电路时，发现一个小的技巧，对于侧插的SMA接头，它的引脚到罗纹之间有一个小的金属正方形的块，PCB设计时，可以在SMA接头的焊盘处，作一个内凹进去的槽，正好卡住小方块，可以使得接头不仅靠焊锡固定到PCB上，而且在机械结构上也将SMA固定住，而且由于将小方块凹近电路板，所以外观上看很整齐，这也是自己突发想出来的方法，不知到是否有人用过。

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