射频和微波集成电路产品 I

微波和射频工程概述

现代微波和射频 （RF） 工程是一个令人兴奋和充满活力的领域，这在很大程度上是由于现代电子设备技术的最新进展与当前对语音、数据和视频通信能力需求的爆炸式增长之间的共生关系。在这场通信革命之前，微波技术几乎是国防工业的专属领域;最近四十年，对通信系统的需求急剧增加，这些应用包括无线寻呼、移动电话、广播视频以及系留和非系留计算机网络，正在彻底改变该行业。这些系统适用于广泛的环境，包括公司办公室、工业和制造设施、市政基础设施和私人住宅。应用和操作环境的多样性，通过随之而来的高产量，微波和射频产品的成本效益制造能力取得了巨大进步。这反过来又降低了许多新的、具有成本效益的无线以及有线射频和微波服务的实施成本。廉价的手持式全球定位系统（GPS）导航辅助设备、汽车防撞雷达和广泛使用的宽带数字服务接入都在其中。

图1，电磁频谱和相应的波长；

微波技术自然适合通信和传感领域的这些新兴应用，因为高工作频率既允许大量独立信道用于设想的各种用途，又允许每个信道为高速通信提供大量可用带宽。微波场和生物组织之间的相互作用也使医学诊断和治疗取得了令人振奋的进展。

粗略地说，微波和射频工程领域共同包括利用大约 300 kHz 到超过 100 GHz 的电磁频谱频率设计和实现电子系统。术语射频工程通常用于指频率范围从低端的约300 kHz到高端的300 MHz至1 GHz的电路和系统。同时，“微波工程”一词被相当宽泛地用于指代工作频率在低端300 MHz至1 GHz至1 GHz至100 GHz以上的电子系统的设计和实现。 图1示意性地说明了从音频到宇宙射线的电磁频谱。射频频谱涵盖中频 （MF）、高频 （HF） 和甚高频 （VHF） 频段，而电磁频谱的微波部分从 VHF 频率范围的上沿延伸到太赫兹辐射和远红外光频率（约 0.3 THz 及以上）的正下方。射频频率范围内频率的自由空间辐射波长约为 1 m（300 MHz 时）至 1 km（300 kHz 时），而微波范围内的自由空间辐射波长从 1 m 延伸到 1 mm 附近（相当于 300 GHz）及以下。

射频和微波设计之间的界限既模糊不清，又随着设备技术和设计方法的进步而不断变化。这是由于随着该领域的发展，与射频和微波这两个术语相关的隐含含义。除了基于前面讨论的频率范围的区别外，射频和微波工程领域还经常通过其他系统特征来区分。例如，所使用的特定有源和无源器件、所追求的系统应用以及所采用的设计技术和整体思维方式都在定义微波和射频工程领域方面发挥着作用。微波和射频工程的流行含义中的这些内涵从根本上源于所使用的频率，但通常不是直接或绝对意义上的。例如，由于技术的进步通常会大大提高电子设备的高频性能，因此特定类型的电子设备与特定频率范围之间的相关性是流动的。同样，新的系统概念和设计正在重塑应用格局，大众市场设计利用越来越高的频率，迅速打破了微波频率系统服务于“利基”市场的传统概念。

图2，射频波和微波的区分；

将射频工程与微波工程区分开来的最基本特征与所处理的电子信号的频率（以及波长）直接相关。对于低频和射频电路（天线等少数特殊例外），信号波长远大于电子系统和电路元件的尺寸。相比之下，对于微波系统，典型电子元件的尺寸通常与信号波长相当（即大约在一个数量级内）。这就产生了基于设计中使用的基本近似值对这两个区域进行合理的工作定义。由于在传统的射频设计中，电路元件和互连通常比波长小，因此可以将它们建模为包含寄生电感和电容的集总元件，以准确模拟器件和互连的频率依赖性。

然而，对于微波频率，电磁波的有限传播速度不容忽视，因为与信号从组件的一端传播到另一端相关的时间延迟是信号周期的可观部分。因此，集总元件描述不再足以描述电行为;相反，需要分布式元模型来准确捕获电气行为。与有限波传播速度相关的时间延迟导致分布式电路效应，是微波工程思维方式的一个显著特征。

另一种观点是基于微波工程位于传统低频电子学和光学器件之间的“中间地带”的观察，如图1所示。由于射频、微波和光学器件只是同一电磁现象中的不同状态，因此这些状态之间存在逐渐过渡。随着器件和电路技术的进步，这些频率域的连续性导致不断重新评估适当的设计策略和权衡。例如，有源和无源元件的小型化通常会增加集总元件电路模型足够精确的频率，因为通过减小元件尺寸，通过元件传播的时间延迟成比例地减少。因此，由于小型化方面的重大进步，传统微波频率的集总元件在以前基于分布式元件的系统中变得越来越普遍，即使工作频率保持不变。元件和电路的小型化还导致互连和元件的封装更加紧密，可能会将新的寄生耦合和分布元效应引入电路中，而这些电路以前可以使用集总元件射频模型进行处理。

组件和信号波长的可比尺度对设计人员也有其他影响，因为光学器件的光线追踪方法和射频电路设计的集总元件方法在这个中间地带都无效。在这方面，微波工程也可以被认为是“应用电磁工程”，因为波导和传输线等导波结构的设计、不同类型传输线之间的转换以及天线都需要对底层电磁场进行分析和控制。

射频和微波工程之间的区别进一步模糊，因为使用传统上被认为是微波频率的系统的商业化和消费化趋势越来越高。传统的微波工程历来强调军事应用，长期以来一直专注于不惜一切代价提供性能。因此，为了达到所需的性能，开发了专门用于高性能微波系统且适用范围通常较窄的专用器件。

随着硅微电子技术的不断进步，包括SiGe异质结双极晶体管（HBT）和传统的缩放CMOS，微波频率系统现在可以使用与传统低频基带电子器件相同的器件合理地实现。此外，低成本III-V族化合物半导体电子器件的商业化，包括离子注入金属半导体场效应晶体管（MESFET）、假晶高电子迁移率晶体管（PHEMT）和III-V族HBT，大大降低了在大批量消费系统中包含这些元件的成本。这种趋同，硅微电子从低频侧进入微波频谱的频率越来越高，化合物半导体在频率范围中间的价格下降，模糊了微波和射频工程之间的区别，因为微波功能现在可以通过主流低成本电子产品实现。与此同时，从物理上大型、低集成度的混合实现转向基于单片微波集成电路 （MMIC） 的高度集成解决方案。这种转变不仅对系统和组件的设计产生了巨大影响，而且对制造技术以及生产和实施的经济性也产生了巨大影响。

除了射频和微波系统的这些定义特性外，许多在低频下可以忽略不计的物理效应在高频下变得越来越重要。其中两个影响是皮肤效应和辐射损失。趋肤效应是由电磁场对导电材料的有限穿透深度引起的。这种效应是频率的函数;穿透深度由 δs=1/sqrt（πfμσ） 给出，其中 μ 是磁导率，f 是频率，σ 是材料的电导率。如表达式所示，δs随着频率的增加而减小，因此电磁场被限制在越来越靠近表面的区域，随着频率的增加。这导致微波电流仅沿着导体表面流动，从而显著增加了金属互连的有效电阻（从而增加了损耗）。

图3，电磁频谱

随着信号波长接近元件和互连尺寸，辐射损耗也变得越来越重要。对于与信号波长相当的导体和其他元件，电磁波从元件边界反射引起的驻波可以大大增强电磁能的辐射。这些驻波可以很容易地有意（在天线和谐振结构的情况下）或无意（在突然过渡、电路布局不良或其他缺陷的情况下）建立起来。仔细注意传输线的几何形状、相对于其他组件、传输线和接地层的位置以及电路封装对于避免过度的信号衰减和由于辐射效应而导致的意外耦合至关重要。

射频和微波工程实践与传统电子学的另一个区别是测试方法。由于涉及高频，与测试电缆相关的电容和驻波效应以及传统测试探头的寄生电容使得使用传统的低频电路表征技术变得不切实际。虽然有时可以使用光电采样等先进的测量技术来规避这些困难，但总的来说，测量设备的负载效应对调试和分析电路性能提出了重大的测量挑战，特别是对于被测电路内部的节点。此外，对于采用介电或空心导波结构的电路，电压和电流通常不能唯一定义。即使对于电压和电流定义明确的结构，与精确测量此类高频信号相关的实际困难也使得这变得困难。此外，由于微波信号的直流耦合时域测量将具有极宽的噪声带宽，因此测量的灵敏度将不足以满足许多目的。由于这些原因，使用专门的技术对组件和低级子系统进行表征，包括参数分析、微波跃迁分析等。

射频集成电路 （RFIC）介绍

无线系统，包括通信、网络和传感系统，在我们的信息时代社会中的许多领域都发挥着关键作用，从公共服务和安全、消费者、工业、体育、游戏和娱乐、资产和库存管理、医药、银行到政府和军事行动。实现有效无线通信、传感和网络的关键是射频 （RF） 集成电路 （IC）。

射频集成电路 （RFIC） 通常是指使用互补金属氧化物半导体 （CMOS） 或 BiCMOS 技术在硅 （Si） 衬底上制造的射频单片 IC。然而，从一般的角度来看，RFIC不仅限于基于Si的CMOS和BiCMOS电路;其他的，如使用III-V族半导体的微波单片集成电路（MMIC），如GaAs MMIC，也可以归类为RFIC。然而，在本系列文章中，为了强调我们写作讲解的主要目标，并将基于硅的RFIC与其他非基于硅的RFIC区分开来，我们将使用术语RFIC来表示基于Si的CMOS/BiCMOS RFIC。但是，读者应记住，本文所提供的材料不仅限于基于硅的 RFIC;它们也适用于非硅基RFIC，如GaAs MMIC。

图4，RFIC器件产品

一般而言，用于指示射频范围的频率，特别是用于指示RFIC的频率，在实践中并没有严格定义。在某种程度上，特别是在过去，射频范围内的频率被称为几千赫兹到几千兆赫兹，因此，射频与微波明显不同。由于无线电波的频率通常在 3 KHz 和 300 GHz 之间，因此在更广泛的范围频范围内的频率可以考虑在 3 KHz 到 300 GHz 之间。然而，顾名思义，这些频率不应限制在300 GHz以下。

在本系列文章中，我们将把电磁 （EM） 频谱中高达太赫兹 （THz） 的所有射频视为射频——换句话说，我们将射频范围视为包括从 3 KHz 到微波、毫米波和亚毫米波频率的所有频率。因此，现在已经或应该实践的射频与微波、毫米波和亚毫米波频率没有什么不同。射频和微波、毫米波和亚毫米波之间的界限确实已经不存在或不应该存在。随着RFIC技术向射频频谱的太赫兹区域发展，预计RFIC将在商业和国防领域找到许多有用的太赫兹应用，例如，医疗领域的医学成像或个人健康监测，以及无线通信的极宽带宽和超高数据速率。

射频IC产品

在过去的几十年中，微波、毫米波和亚毫米波范围内的射频元件和系统一直以采用III-V族化合物半导体器件的电路为主，如GaAs金属半导体场效应晶体管（MESFET）、高电子迁移率晶体管（HEMT）、InP HEMT、GaAs异质结双极晶体管（HBT）和InP HBT等，因为它们的性能优于硅基技术。然而，基于III-V族半导体的RFIC价格昂贵，并且对单船系统的集成能力有限。对低成本、低功耗、紧凑性和高集成度的需求激增，远远超过III-V族半导体技术，导致无线行业专注于能够在射频范围内工作的更好的硅基技术。

图5，射频通信系统

硅基射频技术在过去几十年中取得了长足的进步，由于其低成本、低功耗和出色的集成能力（尤其是 CMOS），在无线通信、传感和网络方面越来越重要，这促进了需要小型、低成本、低功耗系统的各种应用和高容量吞吐量。目前，硅基技术可以在毫米波范围内提供良好的性能，与非硅基技术相比，成本更低，集成能力更好，因此在无线通信、传感和网络方面开辟了许多机会。

RF CMOS产品原则上是模拟、混合信号IC产品的一部分;射频 IC 与模拟混合信号一起占全球市场半导体产品总量的 15% 左右。在工程实践中，由于其特殊性，例如射频产品通常以更高的频率工作在500 MHz以上和今天的300 GHz下，因此RF IC产品被列在单独的目录中。射频IC产品广泛用于无线通信（如蜂窝网络、蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、GPS等），常见于手机、物联网网络（如射频ID）、汽车雷达等应用中。典型的射频CMOS IC包括射频功率放大器（PA）、射频开关、低噪声放大器（LNA）、射频混频器、振荡器、双工器和滤波器;其他射频产品包括微波 （MW） 器件、毫米波器件和太赫兹 （THz） 器件。本系列将会给读者介绍常用的商用射频CMOS IC产品和射频器件及其基本功能、特点、应用以及一些典型的产品。

各种RFIC，包括单组件和单芯片子系统和系统，已经成功开发，在毫米波频率下具有良好的性能，展示了RFIC的潜在能力及其在射频频谱高端的可能应用。例如，图2显示了使用 0.18 μm SiGe BiCMOS 工艺在 24.5±0.5 GHz 和 35±0.5 GHz 的两个频段同时工作的单芯片毫米波 RFIC 发射器的原理图和显微照片，显示了多个射频元件的集成。

图6（a）

图6（b）

图 6.在24.5 GHz和35 GHz左右的两个频段同时工作的单芯片0.18 μm SiGe BiCMOS毫米波发射器的原理图（a）和显微照片（b）。 IRF：图像抑制滤波器;BPF：带通滤波器;PA：功率放大器;TX：发射器;RX：接收器;PRF：脉冲重复频率;Clk：时钟。

RFIC 在推动射频电路和系统的发展方面发挥了重要作用，这些应用适用于各种应用，从传感和成像到几百 MHz 的通信，再到毫米波频率，甚至可能更高。可以预见，RFIC和具有3D（垂直和水平）集成的系统将来可以在RF范围内以非常高的频率运行。RFIC现在在射频系统中是不可避免的，预计它将在射频领域占据主导地位，特别是对于商业应用，就像基于III-V族半导体的MMIC所做的那样，但成本要低得多，并且与数字IC直接集成的能力要低得多。

尽管许多基于硅的RFIC的性能目前仍无法与使用III-V族化合物半导体器件实现的RFIC相媲美，特别是在射频频谱的较高频率端，如毫米波频率，但由于当前CMOS/BiCMOS器件的fT和fmax较低、衬底损耗较高、噪声较大等，因此它们具有更低的成本和更好的与数字IC直接集成的能力（因此具有更好的完整片上系统集成潜力）。RFIC 体积小、功耗低，适用于电池供电的无线通信、传感和网络设备和系统。因此，RFIC对系统很有吸引力，事实上，它是商业无线市场的主要选择。

基于传统模拟设计方法的典型RFIC设计不太适合目前采用的RF频率范围的高频部分。随着射频频谱向多GHz领域发展，将微波设计技术整合到模拟电路和系统中的需求变得越来越重要，而且事实上是不可避免的。因此，电磁和微波工程的知识对于RFIC工程师来说至关重要，以便正确理解和设计RFIC。这是学术界和工业界的射频研究人员和工程师所认可的事实。射频范围内的高频，尤其是那些接近CMOS/BiCMOS技术频率极限的频率，使RFIC设计具有挑战性。随着电路和器件变得非常小，电路内元件之间或集成系统中电路之间的相互作用变得如此巨大，因此高频RFIC的设计带来了更大的挑战。

典型的RFIC，尤其是低频RFIC，只使用集总元件。虽然集总元件对射频电路很有用，并且在某些情况下是强制性的（例如，电阻端接、偏置旁路电容器），但由于硅衬底对地的显著寄生效应和高频电磁效应，因此很难在高频的有损硅衬底中实现真正的集总元件。在这些频率下，除了集总元件和（低频）模拟设计技术外，还需要将传输线、分布式元件（例如传输线组件）和微波设计技术整合到 RFIC 中。此外，除了电路仿真之外，还需要有效地利用电磁仿真来精确模拟在这些高频下发生的所有效应。有鉴于此，RFIC的设计需要从微波设计的角度进行。硅基RFIC的设计通常与GaAs MMIC的设计相似;主要区别在于使用硅代替砷化镓作为加工手段。换言之，RFIC的设计基本上是在基于硅的“模拟”环境中使用微波设计原理执行的。

本系列文章我们围绕着RFIC工程师需要EM和微波工程、无源RFIC、有源RFIC、RFIC分析和设计技术以及RF系统方面的知识的理念展开。为此，本系列文章旨在讨论使用硅基CMOS和BiCMOS技术以及其他非硅基技术的无源和有源RFIC的理论、分析和设计，这些技术通常用于超出传统认为的射频范围的高频。它旨在为RFIC提供从无源到有源电路的全面覆盖，特别强调使用微波分析和设计技术，这与其他RFIC文章区分开来。我们试图用一个独立的概念来详细介绍材料，让具有射频和电路基础知识的研究生和工程师了解RFIC及其设计。

对于射频工程师来说，一个重要的评论是，许多射频应用和系统通常基于相同的基本原理和相似的射频组件。射频系统（例如，脉冲系统）及其射频组件（例如，混频器）用于一种应用（例如，传感）的知识可用于其他系统（例如，调频连续波（FMCW）系统）和其他应用（例如，无线通信）的设计中。

射频和微波IC产品

射频集成电路 （RFIC） 自 1990 年代以来发展迅速，通过逐步取代分立式射频器件成为主流射频产品。RFIC和微波IC存在于家庭、办公室和工业应用中，连接计算机、手机、电器、电视、智能家居、数码相机、打印机、投影仪等设备;并进入市政设施与环境监测领域，如非接触式支付、开放图书馆借书、建筑与边境安全监测等。

一方面，这得益于CMOS技术扩展带来的成本降低，主流技术节点从0.5μm工艺节点（1990年代中期）发展到130纳米工艺节点（2005年），下降到16/14纳米工艺节点（2015年）。由于成本的降低，RFIC（例如蓝牙、Wi-Fi、导航芯片）逐渐进入我们日常生活中的民用应用中。另一方面，CMOS技术的性能大幅提高，接近甚至超过分立器件或III/V（元素材料）器件。例如，早期CMOS器件的噪声性能较差;它们无法满足无线通信的严格要求，因此只能使用更昂贵的III/V器件。2000年后，随着技术的发展，CMOS器件的噪声性能逐渐达到无线通信的严格要求，成为主流产品。

此外，RFIC的频率不断增加，从1990年代中期的500 MHz增加到2000年代初的70 GHz，再到2017年的300 GHz。RFIC的应用范围包括10GHz以下的频段（如2G/3G/4G通信、导航、Wi-Fi、RFID、蓝牙）和10GHz以上的频段（如毫米波和太赫兹应用），应用范围更广。

随着CMOS集成密度的增加和芯片尺寸的减小，RFIC产品似乎可以在单个芯片上集成多种功能。例如，在无线通信领域，多模多频段芯片可以兼容不同的通信系统。随着越来越多的功能集成在单个芯片中，RFIC的设计也越来越具有挑战性。

RFIC的主要产品包括以下内容：

1.射频IC模块：包括放大输出功率的功率放大器（PA）、放大弱输入信号并抑制噪声的低噪声放大器（LNA）、上变频或下变频射频信号的混频器、提供高频低噪声时钟信号的振荡器、分离接收信号和发射信号的双工器， 以及去除不同频段信号的滤波器等。

2. 射频器件：包括微波器件、毫米波器件和太赫兹器件。

3.射频集成芯片：包括无线电芯片、导航芯片、Wi-Fi芯片、蓝牙芯片、Zigbee芯片、RFID芯片、NFC芯片等。

制作RF设计原型的更好方法--使用X-Microwave

作者：ADI核心应用助理工程师Jacob Ciolfi

对于RF设计，典型的原型制作经验是这样的：为信号链中的每个元器件购买评估板，使用RF线缆将这些板串在一起，粗略估计适当布局的信号链要是构建在单个生产PCB上会有怎样的性能。由于评估板PCB走线较长，并且涉及到大量布线和连接器，因此这种方法会产生相当大的插入损耗。由此得到的原型上线测试过程也可能令人沮丧且耗时，因为每个评估板都有特定的电压要求。

RF器件需要多个具有特定电源轨上电时序电压的情况也很常见，如果违反时序要求，器件可能会损坏。单单电源和RF线就可能造成巨大麻烦，如有电路板需要数字控制，事情会变得更加复杂。如果整个系统在首次开启时没能像预期的那样正常工作，那么调试很快就会变成耐心和毅力的磨炼。原型设计是RF工程界众所周知的一个令人头疼的问题，然而更快速、更简单、更准确的原型解决方案则是使用ADI的X-Microwave。

想象如下场景：您刚刚完成了RF信号链的规划。走进实验室，拿起零件，在60分钟内就在工作台上制作出原型。您连接一个12VDC电源、信号发生器和频谱分析仪，首次通电后，就测量到类似PCB的性能，与仿真的差异在1dB以内。对放大器的性能不满意？用内六角扳手花10分钟就能换一个放大器，然后测试更新后的设计。

图1.完整的X-Microwave原型，包括电源和数字控制，由FMC-XMW桥接板、X-Microwave信号链和Raspberry Pi组成

这就是ADI的X-Microwave提供的原型制作体验，它是一种模块化RF原型制作平台，不到一个小时就能轻松构建可修改的信号链，无需任何专用工具。这些信号链由X-Microwave模块（可连接的单IC RF板）组成，其生态系统中的器件支持高达60GHz的频率。RF连接处（即由六角螺钉固定的无焊触点）稳定且易于安装。与评估板相比，该信号链的供电和数字控制要容易得多，控制板需要一个12VDC电源，驱动器可以是Raspberry Pi、FPGA或您选择的其他驱动器。X-Microwave模块化设计可实现快速信号链编辑，大幅缩短调试时间，并使原型保持紧凑、干净和便携。

X-Microwave解决方案

工程师可以利用ADI的X-Microwave获得最终设计单PCB的性能，而原型制作的速度和可修改性则与评估板相当。X-Microwave原型由小型单IC模块组成，这些模块可以串在一起形成信号链。从放大器到混频器、开关、PLL和VCO，X-Microwave生态系统拥有成千上万的RF模块，可支持各种完整的信号链。每个RF模块由单个RF IC（封装器件或裸片）和实现最佳功能与匹配所需的周围无源元件组成。

X-Microwave特别注意RF布局和设计，以确保器件性能尽可能接近数据手册中的规格。在每个RF模块上，接地的共面波导走线从IC延伸到模块边缘上的测试接头。在这些测试接头与相邻模块之间使用无焊接地-信号-接地(GSG)互连实现RF连接。这些互连非常类似于连续PCB走线，与评估板的大连接相比，X-Microwave原型的整体性能可以更准确地反映最终系统性能。X-Microwave的每个GSG跳线连接的插入损耗只有几分之一dB，随着信号链中器件数量的增加和所需互连的增多，X-Microwave和SMA链接的评估板之间的插入损耗差异会变得更加明显。

图2.X-Microwave信号链

RF模块一起安装在原型板上，SMA探头模块连接到信号链的末端，以使RF信号输入和输出电路板。X-Microwave还有用于封闭RF模块的板壁和盖片，支持用户模拟空腔效应。

图3.一个偏置和控制模块（底部）连接到一个RF模块（顶部）。未显示原型板。

安装在原型板底部的专用偏置和控制板提供电源和控制信号。每个有源RF X-Microwave模块与专用的偏置和控制板配对，后者具有所需的电路来提供RF器件需要的稳定电压、上电时序和数字控制。偏置和控制板安装到原型板的底部，位于其所支撑的RF板正下方，通过弹簧销与上面的RF板进行电气连接。上电时序和偏置由这些专用模块处理，原型设计人员可以专注于设计中真正重要的事情——RF性能。

X-Microwave原型的表现与最终设计更相似，而不是类似于一串评估板，并且随着RF链中器件数量的增加，这种差异变得更加明显。利用X-Microwave原型验证设计后，您可以更有信心地开展评估工作，最大限度地减少PCB迭代次数，加快开发过程。

全部连接起来：RF信号链原型制作

使用ADI的X-Microwave创建RF设计类似于设计任何其他RF信号链。为了快速找到所需要的X-Microwave模块，X-Microwave提供了器件搜索功能，您可以按照类型、规格和制造商进行筛选。如果您正在浏览IC制造商的网站，X-Microwave生态系统支持的器件的网页上通常会显示X-Microwave横幅。

图4.HMC8402-DIE网页上的X-Microwave横幅

图5.X-Microwave的参数搜索功能示例，按制造商排序

图6.Genesys器件选择器中的X-Microwave库示例，器件可通过RF IC产品型号搜索

一旦选定了器件，下一步便是对建议的信号链进行仿真。Keysight的Genesys®软件是一种RF仿真工具，内置了X-Microwave模型库。这些X-Microwave模型对RF X-Microwave模块进行了从测试接头到测试接头的仿真，无需去除走线，与去除走线的IC仿真相比，X-Microwave板的仿真精度更高。丰富的X-Microwave库为许多没有直接来自IC制造商的Genesys模型的器件提供了模型。

在Genesys中运行仿真并达到您满意的性能后，就可以使用X-Microwave的布局工具了——不需要一小时您就能完成整个RF布局（包括添加电源！）。该布局工具可以通过X-Microwave在线访问。RF工程师可以使用该布局工具来规划原型板上信号链中的X-Microwave模块的布局图。布置好RF模块后，只需单击一个按钮即可自动添加偏置和控制板。信号链中使用的所有器件都会在右上角的物料清单(BOM)中实时更新，其中还有一个Export CSV （导出为CSV）按钮。.csv文件包含一个BOM，当您准备好开始采购时，您可以将其发送给X-Microwave以获得正式报价。

图7.X-Microwave布局工具中的一个示例设计，显示了规划的信号链并突出展示了器件选择器和BOM功能。

除了构成信号链所需的RF模块、偏置和控制板外，您还会注意到BOM上有几个额外的零件，这些零件是电气连接和机械安装上述模块所需要的。首先是原型板，它以两种尺寸销售——32 × 32和16 × 16，其中的32和16指的是X-Microwave网格单元或板上螺丝孔之间的间距。您还需要GSG跳线和锚点。GSG跳线是小型灵活的矩形电路，放置在相邻RF模块的测试接头上以形成RF连接。锚点在GSG跳线两端拧入，以将其固定到RF模块，并确保电气连接连续。

图8.X-Microwave探头，有2.92mm或1.85mm可选（图中所示为2.92mm）。

将外部RF信号源连接到信号链需要X-Microwave探头。根据所用的频率，有两种不同的探头可供选择：2.92mm和1.85mm。据称，2.92mm探头在50GHz范围内表现良好，而1.85mm探头在X-Microwave的67GHz测试上限之上仍能工作。您还需要螺钉以将所有东西安装到原型板上。总共有七种不同的螺钉长度可以使用，最短的用于安装偏置和控制板，最长的用于安装上方有盖片的X-Microwave板壁边缘。最后是连接所有部件的工具——1/16英寸内六角扳手用于拧紧螺钉，镊子用于将小物件放在小点上。一旦RF、偏置和控制模块到货，就可以按照您使用X-Microwave在线布局工具制作的布局图组装电路板了。

图9.GSG安置步骤（上）。GSG和锚点（下）。

现在，您只需要为电路板供电并接上数字控制就可以进行测试了。要将电源和数字控制连接到偏置和控制板，AD-FMCXMWBR1-EBZ 桥接板是不错的选择。 它提供多达8条GPIO线、2条完整的SPI总线（每条总线有8条片选线），以及2条完整的I2C总线。桥接板还提供两种不同的数字控制模式：(1) Raspberry Pi，直接连接到桥接板，用简单的几行Python脚本就能驱动信号链，或(2) FPGA，通过桥接板上的FMC连接器与X-Microwave信号链接口，支持在制作硬件原型的同时开发和测试接近量产的软件。连接到桥接板的单个12VDC电源为X-Microwave信号链提供七个不同的电压轨，其中三个可利用电位计进行调节。其他一些设置（包括桥接板电平转换器）可以通过跳线选择。

最后，桥接板仅用两根线缆连接到X-Microwave原型，使得RF实验室工作台上完全不是杂乱无章的样子，这与通常状态——迷宫般的香蕉线缆和鳄鱼夹——形成鲜明对比。桥接板连接紧凑且干净的X-Microwave RF原型后，为数字控制和电源添加一个优雅的解决方案，使整体硬件解决方案尺寸最小化，非常便携，十分适合演示和旅行。展示X-Microwave原型所需的唯一额外设备是RF源和RF测量工具。

干净的实验室工作台和模块化生态系统使得调试更快速、更高效，达成量产遇到的麻烦更少，所需的工程设计时间更短。

图10.FMC-XMW桥接板AD-FMCXMWBR1-EBZ

结论

传统上，RF原型制作耗费了过多的工程时间，带来过多挫败感，而X-Microwave（几乎）解决了与常规评估板RF原型制作相关的一切痛苦。X-Microwave是当今更快速、更准确的原型设计流程，最高支持60GHz，可实现更紧凑且易于修改的设计以简化信号链调试和实验。当与ADI的FMC-X-Microwave桥接板一起使用时，X-Microwave原型也非常便携，只需一个12VDC电源用于供电和一个Raspberry Pi进行数字控制，每个信号链都能成为可以装进小鞋盒的演示品，设置时间比加载幻灯片所需的时间还短。比起当前原型制作实践，实现这种性能水平所需成本更高是合乎情理的，但除了一次性启动成本外，使用X-Microwave进行原型制作的成本常常与使用评估板构建系统的成本相当。即使不考虑工程时间缩短给最终效益带来的好处，一些X-MWblocks®实际上也比其对应的评估板方案更经济。

致谢

感谢帮助我完成这个项目的许多优秀的人，首先是Steve Ruscak和Jeff Stevens，他们为此项目提供了指导，并协助我完成文章的撰写。还要感谢我的RF导师在实验室提供的宝贵帮助，感谢Wesley Harris和Sydney Wells在成文的早期提出的建议，感谢Carolyn Reistad的宝贵意见和建议。

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rf工程师是什么?

[最佳回答]就是射频工程师SI---SignalIntegrity信号完整性PI---PowerIntegrity电源完整性emc---electromagneticcompatibility电...

法兰技术描述中RF是啥意思?

[最佳回答]在工程技术中,RF通常指射频(RadioFrequency)。法兰是一种连接两个物体的机械构件。在RF法兰中,这种机械构件被设计成能够承受高频率信号和微波辐射。因此...

射频工程师应该具备哪些技能?

[最佳回答]射频就是RadioFrequency,简称RF。射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。射频工程师是从事终端产品硬件射频部分设计开发,并对产品的实现过程...

单线图rf什么意思?

[最佳回答]单线图在电气和工程领域中常用,主要用于展示设备、管道、阀门等元素的布局和连接关系。在单线图中,“RF”通常代表“法兰连接”(RaffleFlange)。法兰是一种...