射頻技術是一門深奧的學問。一般來說,一個射頻產品的設計,在最終產品出來之前都要經歷前期的器件選型、原理圖繪制、LAYOUT相關阻抗控制等一系列工作后,當第一版樣機出來之后,射頻指標的調試,也是整個射頻產品開發中比較重要的一個環節,同時它也是決定整個射頻產品結果走向的一個重要依據,所以說在射頻技術中射頻調試的技能也是需要掌握的。今天就讓我們來引用PA 輸入端SAW Filter 對于EVM的影響的例子來借鑒一下射頻調試的經驗。
一般來講PA input 的 SAWFilter 會影響 EVM主因有三 : 1. SAW Filter 的Group Delay2. VCO Pulling 跟 DA的 Load-pull3. SAW Filter 的Insertion Loss
第一個是 SAW Filter 本身特性
不過近年來EVM 的 Fail幾乎不會是來自這因素,所以這一項知道就好。
第二個跟 PA input 的阻抗有關
一般來講,通常會用 0 歐姆電阻來作Co-layout的設計,以衡量 SAW Filter 可拿掉與否,而可能的測試結果如下: 有放 SAW Filter 時,其PA 輸入阻抗偏離 50 歐姆,以至于反射的能量打到 VCO,產生 VCO Pulling,那么 EVM 當然差。而拿掉 SAW Filter, 把 0 歐姆電阻放上去,此時其 PA 輸入阻抗接近 50 歐姆,減少了能量的反射, VCO Pulling 消失,當然 EVM 就改善。
或是從 Load-pull 的角度來分析, 放SAW Filter 時,PA 輸入阻抗偏離 50 歐姆,而 PA 的輸入阻抗,正好也是 DA (Driver Amplifier)的 Load-pull,換句話說, 此時 DA 看出去的 Load-pull 偏離 50 歐姆,線性度不好。以至于收發器出來的 EVM 就已經差了,加上 PA 是最大的非線性貢獻者,PA 輸出的 EVM, 當然只會更差. 而拿掉 SAW Filter,把 0 歐姆電阻放上去,此時其 PA 輸入阻抗接近 50 歐姆。亦即此時 DA 看出去的Load-pull 接近 50 歐姆,線性度很好。以至于收發器出來的 EVM 很好,即便經過了 PA,其 PA 輸出的 EVM,也還算可以接受會產生這原因,主要是 Matching 沒調好。
由上圖可知,即便 SAW Filter 本身組件是 50 歐姆,但 Pad 與走線的接合處,已經是一個阻抗不連續面了,會造成阻抗偏移。加上 PCB 的寄生效應, 所以很可能該 SAW Filter 焊在 PCB 上后 ,其阻抗并非 50 歐姆。
而在調 Matching1 跟Matching2 時,很可能都是分段來調,也都各別很接近 50 歐姆,但匹配是要看整體。前述說過,此時 SAW Filter 很可能已經非 50 歐姆,換言之,即便 Matching1 跟 Matching2, 都很接近 50 歐姆,但由于 SAW Filter 的非50 歐姆,使得收發器看出去的阻抗,依然偏離 50 歐姆。Matching1 跟Matching2 調到 50 歐姆,只是補償 PCB 走線的阻抗偏移。若 Matching1 跟Matching2 沒有微調,去補償 SAW Filter 的阻抗偏移。則整體阻抗,依然偏離 50 歐姆,畢竟匹配是要看整體。所以改善方式,就是微調 Matching1 跟 Matching2。直到 (收發器輸出 => SAWFilter => PA 輸入),這一整段,都接近 50歐姆。如果這一整段,怎么調都調不到 50 歐姆,那就要檢查一下 Layout,是不是有殘段。
如上圖,實際 Layout 上,在走SAW Filter 這路時(亦即 0 歐姆電阻拔除時),其 SAW Filter 輸入輸出端,會有殘段,這殘段會有寄生電感跟寄生電容,以至于改變了阻抗。所以前述所說,即便 Matching1 跟 Matching2,都很接近 50 歐姆,但收發器看出去的阻抗,依然偏離 50 歐姆。除了是來自 SAW Filter 的因素外,也可能是來自殘段的因素。若這寄生效應不嚴重,或許 Matching1 跟 Matching2 還可以調回來,但若太嚴重,就很可能會調不回來。更重要的是,Stub1 跟 Stub2造成的 Stub effect,會因寄生電容,造成額外的Insertion Loss,這就不是 Matching 可以調回來的。 另外,RF 走線的分支點,必須很靠近SAW Filter。
如上圖,假設分支點離 SAW Filter 太遠,那么走 0 歐姆電阻這路時,(亦即 SAW Filter 拔除時), Stub1 跟 Stub2,會造成阻抗偏移。就算 Matching1 跟Matching2 可以調回來,但Stub1 跟 Stub2 造成的Stub effect,會因寄生電容 造成額外的 Insertion Loss,這就不是 Matching 可以調回來的。所以采用 Co-layout 時,為了將 Stub Effect 降到最低 : 1. 必須放兩個 0 歐姆電阻2. 分支點必須極靠近 SAWFilter3. 0 歐姆電阻,必須極靠近分支點
第三個是 SAW Filter 的Insertion Loss
先做一下簡單的 Link Budget 計算,假設不管有沒有 SAW Filter ,其 Connector 能量到的最大飽和功率,都是 28 dBm,PA 輸出的 Post-loss算 3 dB,PA的 Gain 為 28 dB,這樣推算出來,不管有沒有 SAW Filter,PA input 都為 3 dBm。而 SAW Filter 的 IL 為 2 dB換言之,若有放 SAW,則收發器的輸出為 5 dBm若無放 SAW,則收發器的輸出為 3 dBm以 DA 角度來講,輸出功率越大,線性度越差,當然 EVM 就不好。原則上如前述,先確定(收發器輸出 => SAWFilter => PA 輸入) 這一整段是否接近 50 歐姆? 如果是但 EVM 依然 Fail,那基本上SAW Filter 的 Insertion Loss就是造成 EVM 不好的元兇。因為如前述近幾年 EVM 的 Fail幾乎不會來自 SAW Filter 的 Group Delay。解決之道:就是換一顆 Pin-to-Pin 且 IL 較小的 SAW Filter。當然,若拿掉 SAW Filter對靈敏度沒有影響,那原則上可以拿掉。
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