1. 射频发射机概述
各位同学，咱们今天聊聊射频发射机。说实话，这是整个射频芯片设计里我最喜欢的一块——因为它直接决定了你的信号能不能“喊得出去”。
我刚开始做射频那会儿，总觉得发射机不就是把信号放大然后发出去嘛，有什么难的？结果第一次流片回来，EVM 惨不忍睹，ACLR 超标，直接被系统工程师怼了一顿。嗯，从那以后我才真正开始认真研究发射机的门道。
1.1 射频发射机的基本架构
一个典型的射频发射机，说白了就是三个核心模块：
- 基带处理：把数字信号变成模拟 I/Q 信号
- 上变频：把基带信号搬到射频载波上
- 功率放大：把信号功率推到天线需要的水平
我个人习惯把发射机分成两种主流架构：
| 架构类型 | 优点 | 缺点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 直接上变频 | 结构简单、面积小 | 本振泄漏、直流失调 | WiFi、蓝牙 |
| 两次变频 | 镜像抑制好、本振泄漏小 | 面积大、功耗高 | 蜂窝基站、雷达 |
你想想看，直接上变频就像你直接对着话筒唱歌——简单直接，但容易喷麦。两次变频呢，就像先录一遍再后期处理——效果好，但麻烦。
1.2 关键性能指标
做发射机设计，有三个指标你躲不开：EVM、ACLR、P1dB。我一个个说。
1.2.1 EVM（误差矢量幅度）
EVM 衡量的是你的发射信号和理想信号之间的偏差。说白了，就是你的信号“歪”了多少。
为什么会歪？原因很多：
- 本振相位噪声
- 功率放大器非线性
- I/Q 不平衡
- 电源噪声耦合
我记得有一次做 802.11ac 的发射机，EVM 死活做不进 -30 dB。查了三天，最后发现是 LDO 的纹波通过电源线耦合到了 PA 的偏置电路。嗯，这种坑你光看书是学不到的。
- 802.11ax (WiFi 6)：≤ -35 dB (64QAM)
- LTE：≤ 8% (64QAM)
- 5G NR：≤ 3.5% (256QAM)
1.2.2 ACLR（邻道泄漏比）
ACLR 衡量的是你的信号泄漏到相邻信道的功率有多大。你想想看，如果你在 2.4 GHz 频段发信号，结果把隔壁 2.412 GHz 的信道给污染了——那别人还怎么用？
ACLR 主要由 PA 的非线性决定。我给大家一个经验公式：
ACLR ≈ 2 × (IMD3 - Pout + 3 dB)
其中：
- IMD3：三阶互调失真（dBc）
- Pout：输出功率（dBm）
我曾经遇到过一个项目，ACLR 超标 5 dB。一开始以为是 PA 的问题，换了三个 PA 都不行。最后发现是驱动级（driver stage）的偏置点没调好，导致驱动级先产生了非线性。所以啊，ACLR 的问题不一定出在最后一级。
1.2.3 P1dB（1 dB 压缩点）
P1dB 是衡量 PA 线性度的关键指标。当输入功率增加到一定程度，PA 的增益会开始压缩，增益下降 1 dB 的那个点就是 P1dB。
我给大家一个简单的判断方法：
- P1dB 越高，PA 的线性范围越大
- P1dB 通常比饱和功率（Psat）低 2-3 dB
- 对于调制信号，实际可用功率要比 P1dB 再回退 6-10 dB
为什么？因为调制信号的峰均比（PAPR）很高。比如 64QAM 的 PAPR 大约 7-8 dB，你如果工作在 P1dB 点，峰值信号早就压缩得不成样子了。
1.3 应用场景
不同的应用场景，对发射机的要求天差地别。我简单归纳一下：
| 应用 | 频率 | 功率 | EVM 要求 | 典型架构 |
|---|---|---|---|---|
| 蜂窝（4G/5G） | 600 MHz - 6 GHz | 23-43 dBm | 严格（3-8%） | 两次变频 |
| WiFi | 2.4/5/6 GHz | 15-23 dBm | 中等（-30 dB） | 直接上变频 |
| IoT（BLE/Zigbee） | 2.4 GHz / Sub-1G | 0-10 dBm | 宽松 | 直接上变频 |
做蜂窝发射机，我最头疼的是线性度和效率的平衡。基站 PA 要求 40% 以上的效率，同时还要满足 -45 dBc 的 ACLR——这简直是戴着镣铐跳舞。
做 WiFi 发射机呢，面积和功耗是主要矛盾。我记得有个项目，客户要求把 PA 和收发机集成到一颗芯片里，面积还不能超过 3 mm²。最后我们用了 cascode 结构加片上变压器，硬是把面积压下来了。
IoT 发射机相对简单，但要注意功耗。BLE 发射机要求峰值电流不超过 10 mA，你想想看，PA 的效率得做到多高？
好了，这一章咱们把发射机的基本概念过了一遍。下一章我会详细讲 PA 的设计方法，包括怎么选管子、怎么匹配、怎么优化效率。到时候我会拿一个实际的 5G n77 频段的 PA 设计案例来拆解，保证干货满满。