射频电路设计中的反射与自干扰问题

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一般来说,射频、数字或模拟电路中对信号有来自内部和外部干扰源。

内部干扰源包括:

1. 在电路中的每个节点处的反射,这称为自干扰;

2. 器件的非线性;

3. 由于电路设计中不恰当的接地、布局和封装老化而产生的额外辐射或干扰;

4. 来自PC B(印刷电路板)上的零件、泄露或者电流回路充当小天线时所导致的电磁辐射。

外部干扰源包括:

5. 人为电磁干扰源有两种类型:一种是从广播站、导航站、遥控、探测、探测台等处发射的电磁波。 另一种是来自工业设备、家庭设施、交通车辆等的电磁排放..

6. 环境干扰源如雷电,宇宙射线等..

上面提到的所有干扰都必须是EMC(电磁兼容)课程中要研究的目标。 遗憾的是,在大多数EMC课程中主要干扰1和2都被排除在外,尽管3至4被包括在内。 因此,许多EMC问题仍然是未知的,因为其中许多问题是由于干扰源1和2而导致出现的。

理想的情况下,实际电路中从来都不存在没有电压或功率反射的设计。 本文将讨论由于电压或功率反射引起的自干扰问题。 至于由于外部干扰源的干扰,难以找到一个标准正式的解决方案来处理EMC问题。 解决方案完全依赖于人工和自然干扰源的特殊特性。

从源到负载的信号电压传输

从源到负载的电压
图2.1 从源到负载的电压

当l<<λ/4时从源到负载的电压的一般表达式,使Td -> 0

图1显示了从源到负载的电压,并沿流道传输,这基本上是一条具有特性阻抗Z0的微条线, 当长度l<<λ/4时。 源和负载的阻抗是:

阻抗
Z S.=R S.+jx S., (2.1)

Z L =R L +jx L, (2.2)

上面方程中:

Z S =源阻抗

R S =源电阻

X S=源的电抗,Z L =负载阻抗

R L =负载的电阻;

X L =负载的电抗;

Z 0 =信号走线的特性阻抗;

ΓS.. =源处的电压反射系数;

ΓL.=负载处的电压反射系数;

P S=源处的功率;

vS =电源的电压;

PR S. =RS上的功率;

vR S =跨RS的电压;

P R L =RL上的功率;

v RL =跨RL的电压;

在表达式(2.1)和(2.2)中,XS 是源的电抗,XL 是负载的电抗。

在推导从源到负载的电压的一般表达式之前,我们有必要先澄清“从源到负载”的含义。如图2.1所示,由于以下原因,精确的短语必须是“从源到负载的实部”,其中不包括“负载的虚部”:

1. 众所周知,跨XS. 或X L 的平均功率 在交流信号的一个周期内为零。 换句话说,理想的电容器或电感只经历充放电过程,但从不接收或消耗任何净功率。

2. 在实践中,试图降低源或负载的电抗,X S 或 X L 让它们尽可能地相互中和。 在数字电路设计中,设计者总是试图选择低输入电容的器件,或者试图用电感或其他方法中和它。 在射频电路设计中,X S或 X L之间的相互中和 正是阻抗共轭匹配的条件之一。

因此,在下面的讨论中,从源到负载的电压的真正含义是从源到负载的实部的电压。

根据传输线理论,源端和负载端的电压反射系数为:

电压反射系数

Z O 通常是50 oHm,总的来说:

4

电压在源端或负载端受到反射,即:

5

从源传递的电压将在源和负载之间来回反弹。 在RL上产生的电压是RL上所有源端和负载端之间的电压来回反弹的剩余电压的总和。

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