隔离—设计你考虑过吗
隔离在射频设计中的重要性
隔离是指在射频电路中，阻止信号从一个端口泄漏到另一个端口的能力。 良好的隔离对于保证射频系统的性能至关重要。 特别是在像收发一体机这样的应用中，发射信号必须与接收信号充分隔离，以防止发射功率干扰接收灵敏度，或产生非线性效应。
隔离的影响
现象：
自激 ： 如对话中所述，隔离不足会导致LNA产生自激现象。这意味着LNA的输出信号未经衰减地反馈回输入，形成正反馈回路，导致放大器不稳定并产生噪声或寄生振荡。
LNA损坏：收发设计时，发射功率往往比较大，这时候收发的隔离度如果不够，可能会造成有较大的功率泄露至LNA，LNA一般最大输入功率为20dBm左右，如果发射端泄露的功率大于20dBm，可能会击穿LNA。
灵敏度下降 ： 发射端的噪声或信号泄漏到接收端，抬升噪底，接收机噪底一般为-174dBm/Hz,如果隔离不够，噪底抬升高于-174dBm/Hz会降低接收机的灵敏度。接收机无法检测到微弱的信号，导致通信距离缩短或数据错误率增加。
杂散信号 ： 不良的隔离会导致信号在不同模块之间串扰，产生杂散信号，影响信号质量，并可能违反法规限制。
互调失真（IMD） ：隔离不足会使不同频率的信号混合，产生互调失真产物，干扰其他频段的通信。
结果：
系统性能下降 ： 整体的系统性能受到严重影响，包括通信距离、数据速率、误码率等。
可靠性降低 ： 自激和不稳定操作会加速器件老化，降低系统的可靠性。
法规不符合 ： 严重的杂散信号可能违反无线电法规，导致产品无法上市。
调试困难 ： 隔离问题通常比较隐蔽，难以定位和解决，增加调试难度和时间。
隔离的预防设计
为了避免隔离不足带来的问题，需要在设计阶段采取以下措施：
源头还是在方案设计，需要从设计上考虑隔离的问题
元件选择：
高质量的LNA ： 选择具有高增益、低噪声系数，且具有良好反向隔离的LNA。 查看LNA的数据手册，关注反向隔离（Reverse Isolation）参数，通常用S12表示。
高隔离度的环形器/隔离器 ： 选择能够提供足够隔离度的环形器，确保发射和接收信号之间的隔离。
滤波器 ： 在发射和接收路径上使用合适的滤波器，可以滤除不需要的信号，提高隔离度。
PCB布局
物理隔离 ： 将发射电路和接收电路在PCB上物理隔离，增大它们之间的距离。 避免信号线平行走线，减少信号耦合。
地平面设计 ： 使用完整的地平面，并尽量减少地平面的分割。 良好的地平面可以提供良好的屏蔽，减少信号串扰。
屏蔽罩 ： 对关键的射频电路，如LNA，使用金属屏蔽罩进行屏蔽，减少电磁辐射和干扰。
走线设计 ： 尽量使用阻抗匹配的走线，减少信号反射，避免信号在电路中产生不必要的谐振。 避免直角走线，采用圆弧或45度角走线，减少信号反射。
过孔设计 ： 合理使用过孔将地平面连接到不同层，提高地平面的完整性。 避免在关键信号线附近放置过多的过孔，减少信号损耗。
电路设计
衰减器 ： 在某些情况下，可以在LNA或其他射频模块之间插入衰减器，以降低信号强度，减少反馈的可能性，从而提高稳定性。
偏置电路 ： 确保LNA的偏置电路稳定，避免因偏置电压波动而导致LNA性能不稳定。
退耦电容 ： 在LNA的电源线上添加足够的退耦电容，滤除电源噪声，保证LNA的稳定工作。
