Verständnisprobleme RF-Pfad

[Jannik Schröter (Gast)]

Hallo zusammen!

Ich bin noch etwas unerfahren im RF-Bereich, deswegen hoffe ich, hier 
ein wenig Input zu bekommen. Und zwar habe ich hier eine Schaltung 
(siehe Bild), deren Funktionsweise ich zu verstehen versuche. Ich habe 
das Ganze in Sektionen unterteilt, von denen ich glaube, dass sie 
jeweils eine gewisse Funktion erfüllen.

Ganz links ist der Antenneneingang inklusive einem 1MOhm Widerstand (R1) 
und einer TVS Diode (D1). Sehe ich das richtig, dass R1 und D1 eine Art 
Schutz darstellen? Alles andere ergibt für mich keinen Sinn.

In der nächsten Sektion befindet sich ein SAW-Filter (aka AOW-Filter). 
Die Mittenfrequenz liegt bei etwa 159MHz und das zu emfangende Signal 
hat eine Frequenz von 162MHz, was laut Datenblatt noch gut innerhalb des 
Durchlassbereichs des Filters liegt. Dort finden sich auch die Angaben 
"Source impedance 50 Ohm" und "Load impedance 50 Ohm", die ich noch 
nicht so ganz deuten kann. Muss die Schaltung/das Layout darauf hin 
angepasst werden, oder ist das die Impedanz am Ein- bzw. Ausgang des 
Filters? Ich verstehe noch nicht so ganz, was die seriellen Kapazitäten 
zu bedeuten haben. Haben diese Bauteile ggf. etwas was mit der 
Impedanzanpassung zu tun?

Die dritte Sektion von links verstehe ich gar nicht. Ist das eine Art 
Filter, der das Signal aus dem SAW Filter weiter filtert? Auch das ein 
100 Ohm Widerstand (R2)zwischen den Abgriffen liegt, macht mich stutzig. 
Vielleicht erkennt ja jemand, was das sein soll und kann mir 
diesbezüglich einen Tipp geben.

Die Sektion ganz rechts ist die Impedanzanpassung für den 
differentiellen Eingang des Radio Receiver ICs. So wie es aussieht, 
wurde hier nur der Application Note AN643 von Silicon Labs gefolgt und 
ein 3-Elemente-Netzwerk verwendet.

Falls jemand ein paar Hinweise für micht hat, wäre das super.

Vielen Dank und beste Grüße
Jannik

[Mario H. (rf-messkopf)]

Jannik Schröter schrieb:
> Ganz links ist der Antenneneingang inklusive einem 1MOhm Widerstand (R1)
> und einer TVS Diode (D1). Sehe ich das richtig, dass R1 und D1 eine Art
> Schutz darstellen?

Statikableitung und Schutz gegen Überspannung, richtig.

> Dort finden sich auch die Angaben
> "Source impedance 50 Ohm" und "Load impedance 50 Ohm", die ich noch
> nicht so ganz deuten kann.

Das Filter will eine Quelle mit 50 Ohm Innenwiderstand am Eingang sehen, 
und am Ausgang eine Last von 50 Ohm, damit die Durchlasskurve so 
aussieht, wie im Datenblatt.

> Die dritte Sektion von links verstehe ich gar nicht. Ist das eine Art
> Filter, der das Signal aus dem SAW Filter weiter filtert? Auch das ein
> 100 Ohm Widerstand (R2)zwischen den Abgriffen liegt, macht mich stutzig.

Das ist ein LC-Wilkinson-Teiler. Der Teilt das Signal hinter dem Filter 
auf die beiden Zweige auf, und hat in jedem Zweig im Idealfall 3 dB 
Verlust gegenüber dem Eingang.

[Mario H. (rf-messkopf)]

Wo ich hier nochmal reinschaue, sehe ich, dass ich eine Frage übersehen 
habe:

Jannik Schröter schrieb:
> Ich verstehe noch nicht so ganz, was die seriellen Kapazitäten
> zu bedeuten haben. Haben diese Bauteile ggf. etwas was mit der
> Impedanzanpassung zu tun?

Das sind Koppelkondensatoren, die Gleichspannung abtrennen sollen. Den 
Kondesator in Reihe am Filterausgang könnte man auch weglassen, weil der 
Zweig dahinter keinen DC-Pfad nach Masse oder einem anderen Potential 
hat.

[Jannik Schröter (Gast)]

Ah, vielen tausend Dank @rf-messkopf, das hat mich sehr weiter gebracht. 
Vor allem der hinweis mit dem LC-Wilkinson-Teiler - den kannte ich noch 
gar nicht, dabei scheint es eine gar nicht so unübliche Schaltung zu 
sein.

Bezüglich Koppelkondensatoren: Wie wirken sich diese auf die Impedanz 
der Schaltung aus? Und wie ist da der mathematische zusammenhang? Ich 
frage, weil der Kondensator an sich doch quasi so eine Art High-Pass 
darstellt, oder?

Was mir auch noch nicht so ganz klar ist, ist die Diode am Eingang. 
Diese hat den Aufdruck "4Wt", allerdings konnte ich dazu nichts finden. 
Ich vermute, dass es eine TVS-Diode ist, bin ich mir aber auch nicht 
sicher. Gang generell: Was würde man hier benutzen bzw. nach welchen 
Kriterien würde man hier eine (TVS-)Diode aussuchen?

Grüße
JS

[Mario H. (rf-messkopf)]

Jannik Schröter schrieb:
> Bezüglich Koppelkondensatoren: Wie wirken sich diese auf die Impedanz
> der Schaltung aus? Und wie ist da der mathematische zusammenhang? Ich
> frage, weil der Kondensator an sich doch quasi so eine Art High-Pass
> darstellt, oder?

Man wählt ihn in der Regel so groß, dass seine Impedanz im 
interessierenden Frequenzbereich praktisch keine Rolle spielt. Es kann 
dabei durchaus sinnvoll sein, bei breitbandigen Anwendungen nicht zu 
kleine Kondensatoren zu wählen (z.B. 100 nF keramisch), und keine teuren 
low-loss HF-Kondensatoren. Das wurde in gewisser Ausführlichkeit hier 
erörtert: Beitrag "Gibt es billige DC-Block-Kondensatoren für 2,45 GHz?".

> Gang generell: Was würde man hier benutzen bzw. nach welchen
> Kriterien würde man hier eine (TVS-)Diode aussuchen?

Das kommt darauf an, wogegen man schützen will (ESD, zu große 
Signalpegel, ...), und wie das Nutzsignal aussieht. Bei höheren 
Frequenzen spielen die parasitären Eigenschaften der Diode(n) natürlich 
eine nicht unerhebliche Rolle. HF-Limiter baut man oft mit PIN-Dioden. 
Als Einstieg siehe z.B. hier:

https://www.macom.com/blog/designing-with-diodes-protecting

Bei Skyworks gibt es auch eine Reihe von Application Notes zum diesem 
Thema.