手机射频GSM传导杂散(谐波)的解决之道

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几个方向:1.降功率,这是最简单的。由上图可知,谐波是来自于组件的非线性效应[1],当然PA是最可能。同时也可看出,主频功率降了,其谐波功率也会跟着降。依照经验,主频功率降个0.5dBm,其二阶谐波大概就会差个2~3dBm,当然三阶的就降更多了。假设GSM850/EGSM900在PCL5的TargetPower为32.5dBm,可以调NV或DAC,降成32dBm试试。12.若是高通平台,可以调NV。下图是PA_Enable、ANT_SEL、V_ramp三条曲线。这三条曲线,对于谐波以及开关频谱,都会有影响,建议PA_Enable比V_ramp早开启,而且最好能早一段时间。而Ant_sel可以比PA_en早开启,也可以比PA_en晚开启,看怎样的NV值,其谐波以及开关频谱会最低[2]。23.检查DCBlock由第一点的图可知,DCOffset也是非线性效应之一,若流入PA跟ASM,会使其线性度下降。除非是PA跟ASM已有内建DCBlock,否则PA的input跟output,都要摆放DCBlock,检查一下是否有放。4.在PA输入端,就将谐波砍掉,避免因为PA的非线性效应,使其谐波更加恶化。但这要看PAinput的摆放零件,假设PAinput只放一个串联的DCBlock,那只能自己额外放一个落地电容来砍谐波。以GSM850为例,可以放一个5.6pF的落地电容[3-5]。由上图可以看到,对于二阶谐波,大概有5dB的insertionLoss,对于三阶谐波,大概有8dB的insertionLoss。3特别注意的是,在设计电容值时,不是谐波抑制能力越大越好,因为一般普通的COG电容,其频率响应,不会只砍到谐波,同时也会砍到主频。假设放10pF的落地电容,可以看到二阶谐波,大概有16dB的insertionLoss。三阶谐波,大概有22dB的insertionLoss。但主频也被砍了5dB。另外落地电容会使阻抗偏掉,如下图[6]:换句话说,会有MismatchLoss,在这情况下,10pF的落地电容,其insertionLoss跟MismatchLoss加一加,可能会使主频的讯号过低,甚至低于PA输入范围的下限。同时我们也看到,虽然三阶谐波的抑制能力更好,但三阶谐波的频率,已座落在谐振频率的右边。换言之,此时是利用该落地电容的电感性去砍三阶谐波,如下图[3-5]:4把电容当电感用,某种程度上会有一些未知的风险,最好是极力避免。而前述的5.6pF落地电容,其二三阶谐波都座落在谐振频率的左边,同时主频只被砍了2dB,即便加上阻抗偏掉造成的MismatchLoss,原则上都还在PA输入范围内,况且砍一些主频的能量,跟方法1的降Power有相同意义,可以更降低PA的非线性效应。所以在设计落地电容时,可以砍主频,但不要砍太多,至少要确保加上MismatchLoss后,都还在PA输入范围内,同时最好确保其谐波频率,都座落在谐振频率的左边。55.承第4点,若PAinput摆放π型,那原则上只能串联DCBlock,然后再摆一颗落地电容。若同样以GSM850为例,那就是只摆一颗5.6pF的落地电容,另一个落地组件不上件。倘若另一个落地组件也上5.6pF,则主频会被砍过多能量,如下图:由上图可知,若摆放两个5.6pF的落地电容,主频会被砍5dB。前述已说过,不是谐波抑制能力越大越好,还要考虑到主频会不会衰减过大。66.若PAinput摆放T型,那就是DCBlock加L型低通滤波器,而其低通滤波器,建议用LC,不要用RC,因为绕线电阻具有很强的电感性,其寄生电感容易使系统不稳定,因此不可用于对频率敏感的应用中,例如RF走线[3-5]。7由上图可知,以5.6pF的落地电容来做比较,如绿色曲线,若采用(8.2nH+3.3pF)的低通滤波器,如蓝色曲线,其二阶谐波的抑制能力差不多,而三阶谐波的抑制能力多了3dB,但主频只衰减了0.6dB。若采用(12nH+4.7pF)的低通滤波器,如粉红曲线,其主频衰减量差不多,但二阶谐波的抑制能力多了5dB,三阶谐波的抑制能力多了9dB,这表示相较于单一颗落地电容,其LC低通滤波器的设计上可以较为弹性,同时效果更好。同样的主频衰减量,但谐波抑制能力更好,或是同样的谐波抑制能力,但主频衰减量更小。87.调校PA的Load-pull:由上图可知,不同的Load-pull,会有不同的谐波值。以上图为例,谐波最低处,是位于第四象限,因此可以将PA的Load-pull,调校在第四象限,但PA的Load-pull一但更动,其他发射端的性能也会跟着变动,所以前述的落地电容,或低通滤波器,设计在PA输入端,道理在此,因为怕动到PA的Load-pull。而若调校后的Load-pull,救了传导杂散,但其他测项Fail,那就得不偿失。而50奥姆的发射端性能,虽不是最好,但在输出功率、谐波、耗电流……等表现上,大致上还可以接受,所以一般都是调校在50奥姆。因此若真要调校,顶多是使其更接近50奥姆,除非万不得已,再来考虑是否要调校在谐波最低处,同时要确认其他的发射测项,是否会因此Fail。98.换PA如上图所示,一般PA的datasheet,会有谐波的量测值,因此可以换个pin-to-pin,但谐波较小的PA,但同第7点,如此一来,其他发射端的性能也会跟着变动,等于Load-pull要重调,发射端测项要重新测试,若新PA救了传导杂散,但其它测项Fail,那就得不偿失。况且现今平台,多半已使用MMPA,如下图[7]:亦即GSM/WCDMA/LTE的发射端性能,通通受影响,影响层面极大,因此除非真的解不掉,再来考虑这步。109.电源方面假设收发器或PA的电源,稳压不好,或有IRDrop,或其电源走线载有高频噪声,都会使发射端性能劣化,当然也包含传导杂散。因此可以先针对收发器跟PA,同时额外供电,倘若问题依旧,那原因就不是出在电源,若问题改善,那就看问题是出在PA的电源,还是收发器电源,一般是出在PA电源居多。稳压方面的话,就加大其电容值,因为电容值越大,其ESR越小,稳压效果越好[3-5]。而高频噪声的话,则是看电源走线附近,有无高速讯号走线,或RF走线。最常见到的情况是,ShieldingCover盖上去后,其传导杂散变大,而这来自PA的机会较大,如下图[8]:11因为PA的能量本来就很大,加上体积较大,离ShieldingCover更近,所以这表示PA耦合到ShieldingCover的能量同样很大,若ShieldingCover接地良好,原则上PA耦合到ShieldingCover的能量,会通通流到GND,但若ShieldingCover与ShieldingFrame的接触不够好,那么PA耦合到ShieldingCover的能量,有一部分会反射,若是打到PA电源,使PA电源上载有RF高频噪声,如下图[3-5]:那么此时传导杂散就会劣化。12此时可以做实验,去验证是否PA输出讯号打到上述走线,如下图[8]:记得要加DCBlock,避免电源的直流讯号,回灌到CMU跟PA,原则上这样的实验,其发射性能是一定会劣化,但要观察是否为ShieldingCover盖上去后的现象,倘若同样的现象完全复制出来,才可判定RootCause是PA输出讯号打到电源走线,例如ShieldingCover盖上去后,其传导杂散会Fail,但相位误差依然Pass,而上述实验却是传导杂散跟相位误差都Fail,那就不能证明是PA输出讯号打到电源走线。13而若证明出来,确实是ShieldingCover盖上去后,PA输出讯号打到电源走线,那么可透过加强ShieldingCover与ShieldingFrame的接触,以及加强ShieldingCover与Housing金属的接触,使其耦合到ShieldingCover上的发射讯号,通通流到GND。1410.Layout方面检查一下稳压电容跟bypass电容,是否离PA过远,若离过远,那么即便加大稳压电容的值,或是找出高频噪声的频率点,其稳压跟滤波的效果,也会不如预期,如下图[2]:而稳压电容需直接下到MainGND,便是避免已流到GND的瞬时电流,透过共同的GND,又再流入上述的IC中,尤其是PA稳压电容,绝不能与其他IC的稳压电容表层一起共地,否则全都会受瞬时电流影响,如下图[2]:15至于IRDrop,那就是在PA操作时,量一下电压,看跟预期的相差多少,若相差太多,那就是Layout改版时,电源走线要短一点,线宽宽一点,若是有穿层,记得Via要多打,如下图:由上图可知,若Via打太少,等同于穿层时的线宽很细,这会使IRDrop变大,而Via打越多,等同于穿层时的线宽越宽,这当然有助于IRDrop的缓和。1611.检查PA是否在架桥下前述提到,若作了第9点Coupler回灌PA输出的实验,但现象却与ShieldingCover盖上去的现象不一致,那就不能证明是PA输出讯号,打到上述走线。那么ShieldingCover盖上去后,其传导杂散劣化现象,可能是来自于ShieldingCover与PA内部BondWire的寄生效应,尤其是ShieldingFrame的架桥,因为相较于ShieldingCover,其架桥的高度又更小,当ShieldingCover盖上去后,会再更进一步压缩PA与架桥的距离。倘若PA刚好在架桥下方,那寄生效应会很大,其PA的特性可能会有所改变,导致发射性能劣化,若问题是来自寄生效应,那么就是ShieldingCover的高度,以及架桥的位置,要重新调整。再不然就是PA上方的ShieldingCover,直接破孔开天窗。所以Placement时,PA尽量不要在架桥跟ShieldingFrame的屋檐下方,避免寄生效应。17Reference[1]直流偏移对于手机零中频接收机之危害,百度文库[2]GSM之调制与开关频谱(ORFS)解析与调校大全,百度文库[3]上集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制上之剖析与探讨,百度文库[4]中集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制上之剖析与探讨,百度文库[5]下集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制上之剖析与探讨,百度文库[6]PassiveImpedanceMatching___实战大全,百度文库[7]SKY77607MultibandMultimodePowerAmplifierModuleforQuad-BandGSM/EDGEandDual-Band(BandIandVIII)WCDMA/HSDPA/HSUPA/HSPA+Handsets,SKYWORKS[8]屏蔽罩对零中频手机射频发射性能之影响,百度文库18

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