前面幾篇WIFI 基礎(chǔ)知識(shí)分享，有很多朋友后臺(tái)留言，希望可以擴(kuò)展一下射頻部分的知識(shí)，這也正與我的規(guī)劃內(nèi)容不謀而合，后續(xù)將繼續(xù)分享射頻的一些基礎(chǔ)電路和射頻元器件,所有分享大部分將以WIFI電路為實(shí)例說明.
首先我們來看一份射頻系統(tǒng)框圖：
說明：上圖中紅色虛線框內(nèi)一般為芯片部分，就是我們說的RF芯片，虛線框以外的部分為我們WIFI產(chǎn)品通常需要設(shè)計(jì)的電路部分,當(dāng)然這部分現(xiàn)在也比較集成了,就是我們常說的FEM(射頻前端模塊).
如下是我們實(shí)際的一個(gè)WIFI 2.4G頻段的射頻電路框圖:
說明:其中AR9350為射頻芯片,TX,RX match就是我們所說的巴倫電路.現(xiàn)在也有很多方案巴倫已經(jīng)集成進(jìn)芯片內(nèi)部.今天我們就先從巴倫電路開始.我將以WIFI電路中分離巴倫電路來說明.
如下為實(shí)際的巴倫電路:
一.什么是巴倫?
巴倫（ Balance-unbalance，BALUN）是英文“平衡－不平衡變換器”縮寫的音譯。這里的平衡就是指差分信號(hào)形態(tài)，不平衡就是指單端信號(hào)形態(tài)。
二.理想巴倫的特點(diǎn)
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有三個(gè)端口，一個(gè)單端，兩個(gè)差分端，并且兩個(gè)差分端的阻抗相等。
2. 兩個(gè)差分端口的信號(hào)幅度相等，但是相位相差180°。
3. 總的插損從單端到差分端是0。
三、巴倫的作用
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提供在平衡和不平衡信號(hào)模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。即我們所說的差分轉(zhuǎn)單端，單端轉(zhuǎn)差分。
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可以提供阻抗變換。最常見的阻抗變換比是1:4（或者4:1）。一些巴倫還可以提供其他阻抗轉(zhuǎn)換比，如1:9（和9:1）、1:10（和10:1）或1:16（和16:1）。
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具有較大比率的阻抗變換器一般用于將高阻抗平衡天線與低阻抗不平衡無線接收器、發(fā)射器或收發(fā)器相匹配。
四、巴倫電路結(jié)構(gòu)
UI 分別經(jīng)過低通、高通得到反相的UO1 、UO2，如下圖所示：
計(jì)算Uo1：
計(jì)算Uo2：
通過計(jì)算可知UO1 、UO2始終有180度相差（Differential）適合在Balance系統(tǒng)上傳輸。
五、理想的巴倫
在平衡系統(tǒng)中，信號(hào)被分為差模和共模，理想的巴倫平衡輸出的相移180°，幅值為輸入信號(hào)的1/2.
六、實(shí)際的巴倫
正如我們所看到的，理想的巴倫轉(zhuǎn)換器完全消除了共模。因此，共模抑制是無限的。現(xiàn)在，如果我們有一個(gè)具有非理想特性的真正平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，會(huì)發(fā)生什么？相位差不再是180°，由其中一個(gè)輸出路徑中的相位誤差j表示。此外，兩個(gè)輸出路徑的包絡(luò)振幅不相等，由振幅比r表示。因此，一個(gè)輸出的振幅是另一個(gè)輸出振幅的r倍，但兩者之和必須保持相等。這些條件被代入公式：
我們定義功率共模抑制比（CMRR）為無損耗巴倫轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)功率與共模信號(hào)功率之比：
CMRR VS 相位和振幅誤差
七、巴倫的分類
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理想的變壓器巴倫是單端和差分對(duì)之間轉(zhuǎn)換的良好候選者。變壓器巴倫的最大優(yōu)點(diǎn)是其頻率響應(yīng)具有幾乎無限的帶寬。此外，巴倫的插入損耗可以設(shè)置為零，因?yàn)樗且粋€(gè)理想的巴倫。
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LC 巴倫的最大優(yōu)點(diǎn)是它的簡(jiǎn)單性：它可以在實(shí)驗(yàn)室中快速輕松地實(shí)現(xiàn)。同時(shí)LC 巴倫的行為具有相當(dāng)寬的頻帶頻率響應(yīng).
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與LC巴倫相比，微帶線巴倫的頻率響應(yīng)更寬。此外，它的突出優(yōu)點(diǎn)是成本低，因?yàn)樗幕静考俏Ь€。但是它對(duì)生產(chǎn)制作要求較高。
微帶線A的長(zhǎng)度為0.5個(gè)波長(zhǎng)，微帶線B的長(zhǎng)度為0.25個(gè)波長(zhǎng)，波長(zhǎng)為在實(shí)際基板上的信號(hào)波長(zhǎng)，需要考慮基板的介電常數(shù)。巴倫的性能與所用的節(jié)數(shù)有關(guān)，節(jié)數(shù)越多，頻寬越寬，不過節(jié)數(shù)越多，尺寸也越大.
以上幾種類型的巴倫，我工作中遇到的也就LC巴倫。如文章前面所列舉的WIFI 2.4G 射頻TX balun 電路。我們就用實(shí)際電路做一個(gè)仿真驗(yàn)證一下：
AC(2.4G頻段)仿真結(jié)果如下：
再來看看S參數(shù)的仿真：
總結(jié):以上是我們拿一個(gè)實(shí)際的巴倫電路來仿真,發(fā)現(xiàn)無論是衰減,還是相位都不能完美的與理論值相符合?這是為什么呢?歡迎大家留言討論!