在零中频架构中,由于主频旗子暗记的频率与LO相同,以是有可能会泄露并造成滋扰,而全体发射路径中,最可能的泄露来源为PA输出端与天线端,由于PA输出真个能量最强,因此会以传导办法滋扰,而天线端则是会直接以辐射办法滋扰,使调变精确度低落,导致相位偏差,频率偏差,以及EVM都会有所劣化。
由于PA的输入功率范围一向很广,以RFMD的RF3225为例,其输入功率范围为0dBm~6dBm,这表示收发器的输出功率,即便扣掉Mismatch Loss与Insertion Loss,仍符合PA的输入功率范围,因此一样平常而言,较少调校此处的匹配。然而PA的输入端,实在也是 DA(Driver Amplifier)的Load-pull,因此这部分的匹配若没调校好,会使DA的线性度不足,导致在PA输入端,发射性能已经不好,再加上PA是紧张的非线性贡献者,如此便会导致PA输出真个发射性能更差。
除此之外,这部分的匹配若没调校好,会因反射而滋扰VCO,导致调变精确度低落,如下图:
而PA输入真个匹配电路,其摆放位置需依平台而定,例如若为MTK的MT6252,则需靠近收发器,但若为高通的WTR1605L,则需靠近PA。
像WCDMA这种会用到振幅调变的旗子暗记,只能用线性PA作放大,亦即在升频过程中,是采取所谓的I/Q Modulation,如下图:
I/Q Modulation是直接将数字旗子暗记的I/Q旗子暗记,直接升频成RF旗子暗记,因此随意马虎在混波过程中,产生带外噪声,若带外噪声被PA放大,进而增加LNA的Noise Floor,会导致灵敏度变差。换句话说,WCDMA吸收真个灵敏度,除了会因Tx Leakage而劣化,也会因被PA放大的带外噪声而变差。
除此之外,由于GPS吸收的是-150dBm以下,极微弱的旗子暗记,因此当WCDMA与GPS功能同时开启时,被PA放大的带外噪声,有可能会影响到GPS:
因此常日多数会在PA输入端,添加SAW Filter。但在本钱与空间的考虑下,越来越方向将SAW Filter拿掉,若收发器内部设计得宜,即便无SAW Filter,其灵敏度也不会太差。
因此在一些电路设计上,会看到以0奥姆电阻作切换的设计,例如高通的WTR1605L,在WCDMA的发射端部分,其SAW Filter会再额外多接一个传输路径,当R2615不放组件时,其发射旗子暗记会经由U2603这颗SAW Filter,当R2615放0奥姆时,其发射旗子暗记并不会经由U2603这颗SAW Filter,而是直接通过R2615传输过去。
然而有时会碰着的问题是,当R2615放0欧姆时,其相位偏差与EVM会变差,此时可能有人会认为是SAW Filter的关系,但这是个误解,由于相位偏差与EVM,都是带内噪声,而SAW Filter是用来抑制带外噪声,换言之,SAW Filter无法改进相位偏差与EVM,相反地,若SAW Filter的Group Delay过大,会导致旗子暗记有所失落真,进而劣化EVM。
因此合理的阐明,便是VCO Pulling,当R2615不放组件时,其发射旗子暗记会经由U2603这颗 SAW Filter,此时收发器看出去的S11很好,不会有旗子暗记反射。
但是当R2615放0欧姆时,其发射旗子暗记会直接经由R2615,由于Layout走线关系,导致收发器看出去的S11不好,旗子暗记反射打到VCO,使得调变精确度低落,其相位偏差与EVM变差。故此时应针对PA输入真个Matching再作微调,以减少反射。
当PA输入真个Matching调校为较收敛的状况时,其EVM也随着改进。
然而相较于PA输入端,由于PA输出真个能量更强,因此更可能会危害到VCO,因此更需特殊把稳。有可能通过其他临近的走线,借由耦合的办法,产生VCO Pulling。
常见的例子是,在调试过程中,创造相位偏差过大,但吸收真个Matching拿掉,也便是将吸收路径断开后,其相位偏差便改进,此时可能有人会认为是吸收端Matching的关系,但这是个误解。
由于吸收真个Matching,是为了减少吸收旗子暗记的Mismatch Loss,使其灵敏度变好,并不会影响发射真个相位偏差。或是有人疑惑吸收旗子暗记滋扰发射旗子暗记,因此将吸收路径断开后,便无滋扰来源,导致相位偏差改进。这也是个误解,由于GSM是TDD机制,发射与吸收不会同时事情,因此当旗子暗记从发射端发射时,吸收端并无旗子暗记。即便是WCDMA这种FDD机制,亦即发射与吸收会同时事情,但由于吸收旗子暗记远小于发射旗子暗记,其强度不敷以滋扰发射旗子暗记,反倒是发射旗子暗记随意马虎滋扰吸收旗子暗记。
因此合理的阐明是因PA输出旗子暗记,耦合到吸收路径,流入收发器,进而打到发射端VCO,产生VCO Pulling。
或是打到吸收端VCO,再耦合到发射端VCO,产生VCO Pulling。
旗子暗记滋扰的机制,会有三要素,吸收路径在这案例中,扮演Path的角色,因此拿掉吸收真个Matching,等同于将Path断开,肃清VCO Pulling,进而改进相位偏差。当然,若吸收端有添加SAW Filter,可以将发射真个旗子暗记挡下来,因此原则上,吸收端有添加SAW Filter,可以避免该情形发生。但要把稳其 SAW Filter的摆放位置,必须离收发器越近愈好,确保发射旗子暗记在进入收发器前,能被SAW Filter挡下来。
否则若离收发器过远,则发射旗子暗记就有机会通过吸收路径,窜入收发器,产生VCO Pulling。
但有些收发器的吸收端,是属于SAW-less设计,例如高通的RTR6285A,其GSM部分的吸收路径,并无摆放SAW Filter,故此时吸收真个Matching,其任务除了改进吸收旗子暗记的 Mismatch Loss,同时也卖力抑制带外噪声,即抵挡发射旗子暗记。
当然,如前述的吸收端SAW Filter一样,该吸收端Matching,一样需离收发器越近愈好,确保发射旗子暗记在进入收发器前,能被挡下来,否则若离收发器过远,一样会产生VCO Pulling。
除了临近走线外,其发射旗子暗记也可能会通过Shielding Cover,产生VCO Pulling,若 Shielding Cover与Shielding Frame打仗不是很紧密,即接地不是很好,则耦合到 Shielding Cover上的发射旗子暗记,并不会通通流到 GND,而是会通过反射,窜入收发器,导致VCO Pulling。
此时应加强Shielding Cover与Shielding Frame的打仗,使其耦合到Shielding Cover上的发射旗子暗记,通通流到 GND。
以及加强Shielding Cover与Housing金属的打仗。
当然在Layout时,其Shielding Frame上的GND Via要尽可能多打,以便加强GND。
也正是由于有VCO Pulling的问题,以是不论是高通,或是MTK,都会建议收发器与PA要分别放在两个独立的屏蔽框里,也是为了避免VCO Pulling。
而吸收真个SAW Filter以及Matching,除了如前述离收发器越近越好,也要放在收发器的屏蔽框里。
其余,在收发器到ASM的长度不变情形下,尽可能缩短PA到ASM的间隔,紧张是为了 Insertion Loss与VCO Pulling的考虑。
由前述可知,由于PA的输入功率范围一向很广,以RFMD的RF3225为例,其输入功率范围为 0dBm ~ 6dBm,这表示收发器的输出功率,即便扣掉Mismatch Loss与Insertion Loss,仍符合PA的输入功率范围,因此即便PA输入端走线长一点,Insertion Loss大一点,对付PA的线性度与最大饱和功率,并无太大差异,校正时自然会补偿回来。
但PA输出真个Insertion Loss,是无法补偿回来的,若由于走线过长,Insertion Loss多1dB,那么最大饱和功率,便是硬生生被扣掉 1dBm。一样平常GSM Low Band的最大输出功率为32.5 dBm,若其最大饱和功率只有33 dBm,表示只Back-off了0.5 dBm,PA线性度不佳,其发射性能可能会劣化。若最大饱和功率只有32dBm,连最大输出功率32.5dBm都达不到,那这只能改 Layout,无其他解法。
再者,若PA输出端走线越长,则PA输出旗子暗记耦合莅临近走线的机会就愈高,即VCO Pulling的风险就越高。虽然PA输入真个走线越长,一样会提高 VCO Pulling的风险,但由于PA输入旗子暗记的强度,远小于PA输出旗子暗记的强度,以杀伤力来讲,当然是PA输出旗子暗记较大。原则上最空想情形是PA输入端走线,及PA输出端走线都尽可能短,但若因空间限定,使得placement时,收发器到ASM的间隔便是这么长,在两害相权取一轻的情形下,当然是先缩短PA输出走线的长度。
其余,有一种情形是,作传导测试时,其相位偏差都正常,但作无线测试时,天线一装上去,其相位偏差就变大,部分缘故原由也是来自于VCO Pulling。当Shielding Cover与 Shielding Frame的打仗不足紧密时,即屏蔽效果不好,则由天线发出的无线发射旗子暗记,会泄露到收发器的屏蔽框内,造成VCO Pulling。
任何金属,若GND不完备,等同于辐射体,因此Shielding Cover与Shielding Frame的打仗不足紧密时,亦即GND不完备,这时全体Shielding Can 会宛如一个共振腔构造,把残留在 Shielding Cover的Wireless旗子暗记,辐射出去,打到 VCO。
此时可以做实验,把Shielding Cover拿掉,去做Wireless的测试。若相位偏差变好,就表示是第二种情形,由于Shielding Cover拿掉,等同于毁坏共振腔构造。反之, 若变更差,那便是第一种情形,由于完备没遮蔽效果。而不管是第一种或第二种,办理之道都是加强shielding Cover的GND,亦即如前述,加强Shielding Cover与Shielding Frame的打仗,以及加强 Shielding Cover与Housing金属的打仗。如果是第一种,这样可以加强遮蔽效果。如果是第二种,这样可以把残留在Shielding Cover的Wireless旗子暗记,都流到 GND,减少其共振腔的辐射强度。