浅谈WiFi收发器的电源和接地设计的原则

滤除其它电路的噪声、抑制本地产生的噪声，从而消除级与级之间通过电源线的交叉干扰，这是VCC去耦带来的好处。如果去耦电容使用了同一接地过孔，由于过孔与地之间的电感效应，这些连接点的过孔将会承载来自两个电源的全部RF干扰，不仅丧失了去耦电容的功能，而且还为系统中的级间噪声耦合提供了另外一条通路。在本文第三部分的讨论中将会看到，PLL的实现在系统设计中总是面临巨大挑战，要想获得满意的杂散特性必须有良好的地线布局。

图6.MAX2827参考设计板上PLL滤波器元件布置和接地示例

3 通过适当的电源旁路和接地来抑制PLL杂散信号

满足802.11a/b/g系统发送频谱模板的要求是设计过程中的一个难点，必须对线性指标和功耗进行平衡，并留出一定裕量，确保在维持足够的发射功率的前提下符合IEEE和FCC规范。IEEE802.11g系统在天线端所要求的典型输出功率为+15dBm，频率偏差20MHz时为-28dBr。频带内相邻信道的功率抑制比（ACPR）是器件线性特性的函数，这在一定前提下、对于特定的应用是正确的。在发送通道优化ACPR特性的大量工作是凭借经验对TxIC和PA的偏置进行调节，并对PA的输入级、输出级和中间级的匹配网络进行调谐实现的。

图7.802.11a/b/g频谱模板和杂散造成的性能下降

上述讨论提出了另外一个问题，即如何有效地将PLL杂散成分限制在一定的范围内，使其不对发射频谱产生影响。一旦发现了杂散成分，首先想到的方案就是将PLL环路滤波器的带宽变窄，以便衰减杂散信号的幅度。这种方法在极少数的情况下是有效的，但它存在一些潜在问题。图8给出了一种假设情况，假设设计中采用了一个具有20MHz相对频率的N分频合成器，如果环路滤波器是二阶的，截止频率为200kHz， 滚降速率通常为40dB/十倍频程，在20MHz频点可以获得80dB的衰减。如果参考杂散成分为-40dBc（假设可以导致有害的调制分量的电平），产生杂散的机制可能超出环路滤波器的作用范围（如果它是在滤波器之前产生的，其幅度可能非常大）。压缩环路滤波器的带宽将不会改善杂散特性，反而提高了PLL锁相时间，对系统产生明显的负面影响。

图8.简化的PLL滤波器渐近线，相应的转角频率和杂散位置

经验证明，抑制PLL杂散的有效途径是合理的接地、电源布局和去耦技术，本文讨论的布线原则是减小PLL杂散分量的良好设计开端。考虑到电荷泵中存在较大的电流变化，采用星形拓扑非常必要。如果没有足够的隔离，电流脉冲产生的噪声会耦合到VCO电源，对VCO频率进行调制，通常称为“VCO牵引”。通过电源线间的物理间隔和每个VCC引脚的去耦电容、合理放置接地过孔、引入一个串联的铁氧体元件（作为最后一个手段）等措施可以提高隔离度。上述措施并不需要全部用在每个设计中，适当采用每种方式都会有效降低杂散幅度。图9提供了一个由于不合理的VCO电源去耦方案所产生的结果，电源纹波表明正是电荷泵的开关效应导致电源线上的强干扰。值得庆幸的是，这种强干扰可以通过增加旁路电容得到有效抑制。图10显示的是在电路改变后，在同一点的测量结果。

图9.不合理的VCC_VCO退耦测试结果

图10.在VCO电源端增加旁路电容后减小了噪声

另外，如果电源布线不合理，例如VCO的电源引线恰好位于电荷泵电源的下面，可以在VCO电源上观察到同样的噪声，所产生的杂散信号足以影响到ACPR特性，即使加强去耦，测试结果也不会得到改善。这种情况下，需要考察一下PCB布线，重新布置VCO的电源引线，将有效改善杂散特性，达到规范所要求的指标。