如何为RF系统中的MCU匹配外接晶振及阻抗元件

随着无线技术发展，低功耗Sub-1GHz频段应用越来越多，例如智能家居、工业控制、无线传感器网络、无线遥控、遥测设备等。与普通低频电路不同，这些应用中的RF高频电路存在复杂的杂散电容和杂散电感，对系统性能影响非常很大。

RF电路基本上是由无源元件、有源器件和无源网络组成的，任何一个元器件都有其工作的特定频段，超过这个工作频段特性也会发生变化，导致系统性能恶化。同时，RF电路还存在杂散电容和杂散电感，以及趋肤效应、电磁辐射效应等，需要在元器件选型和PCB布线方面特别注意。

图1. HW3182 EVB原理图

以下东软载波HW3182低功耗Sub-1GHz无线SoC芯片为例，介绍RF电路中的元器件选型和PCB布线技巧。

晶振选型

HW3182是高集成度低功耗无线SoC芯片，工作于Sub-1GHz射频段，外围电路比较简单，但RF特征特别明显，例如晶体振荡电路。

图2. 外围元件的BOM

HW3182的晶体振荡电路支持20MHz、26MHz无源晶体，C14、C15是晶体负载电容，具体参数的选择将影响晶体振荡频率。

由于晶体精度越高，无线设备之间载波频偏将越小，远距离通信成功率将显著提高。因此远距离应用请尽量选用高精度无源晶体。根据应用需求的不同，HW3182外接晶振推荐选择频率稳定度≥±10ppm的晶振。

这样，符合上述标准的就只有热敏晶振了，具体可参考厂家的晶体规格书来选择。

射频网络

HW3182芯片片上集成RF收发器和32位MCU，外围电路较简单，只需少量的外围被动器件即可构成完整的Sub-1GHz无线收发系统。除了上述晶体振荡电路，还有TX/RX匹配网络、低通滤波器和电源滤波电路。

这里的射频网络包括阻抗匹配网络(Matching Network)和低通滤波器(Low Pass Filter)两部分。

图3. 不同频率下的射频元件BOM

低通滤波器是发射(TX)和接收(RX)共用，阻抗匹配网络则分成TX和RX两部分。对于Direct Tie结构，TX和RX阻抗匹配网络直接通过C6电容连接。阻抗匹配网络实现射频收发器芯片内部阻抗到外围50欧姆阻抗的变换。低通滤波器采用LC低通滤波电路，用于滤除有用信号以外的高频干扰杂波。

射频网络的元件选型对通信将产生很大影响，推荐选用高频器件。需要注意的是，不同收发频率下的射频网络元件的取值是不同的。随着频率上升，元件参数的取值要变小，具体参考图3。

该系统的PCB设计采用低成本双面板即可满足要求，但要将所有元器件均布局在双面板正面，背面尽量提供完整的参考地平面。当然，成本允许的话，也可采用多面板以提高系统的RF表现。

审核编辑：汤梓红