一般來講PA input的SAW Filter 會影響EVM主因有三:
SAW Filter 的Group Delay
VCO Pulling 跟DA 的Load-pull
SAW Filter 的Insertion Loss
第一個是SAW Filter本身特性,不過近年來EVM的Fail幾乎不會是來自這個因素,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=>SAW Filter => PA輸入)這一整段都接近50 歐姆Author : Criterion 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(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(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SAW Filter
3. 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28dBm,PA輸出的Post-loss算3dB,PA的Gain為28dB,這樣推算出來不管有沒有SAW Filter,PA input 都為3dBm,而SAW Filter 的IL 為2dB。換言之若有放SAW則收發器的輸出為5dBm,若無放SAW則收發器的輸出為3dBm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=>SAW Filter => 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。
作者簡介:criterion EETOP熱心網友,來自臺灣省的資深射頻工程師,在EETOP發布有幾十篇高質量的射頻原創文章。