手机射频之阻抗控制
- 格式:pdf
- 大小:559.29 KB
- 文档页数:17
射频阻抗检测原理你可以把射频信号想象成一群超级活跃的小信使,它们在电路里跑来跑去的。
那这个阻抗呢,就像是小信使在路上遇到的各种状况。
比如说,阻抗就像道路的宽窄、路况的好坏。
如果道路很宽很平坦,那小信使们跑起来就很顺畅,这就有点像低阻抗的情况;要是道路又窄又坑洼,小信使们就会磕磕绊绊的,这就类似高阻抗啦。
射频阻抗检测呢,就是想办法搞清楚这些小信使到底遇到了什么样的“路况”。
有一种检测方法就像是给这些小信使装了个小雷达。
这个小雷达可以发射出一种特殊的信号,然后等着信号反射回来。
当信号碰到不同的阻抗的时候,反射回来的信号就会不一样哦。
就好像你对着不同的东西大喊一声,回声也会不同一样。
如果是低阻抗,反射回来的信号就比较弱,因为小信使大部分都顺利通过了;要是高阻抗,就会有很多小信使被挡回来,那反射信号就很强啦。
再打个比方吧,射频信号就像一群小蚂蚁在找食物。
如果它们要经过的地方很容易走,那就是低阻抗,蚂蚁们可以很轻松地来来去去。
但如果有个大障碍物,就像是高阻抗,很多蚂蚁就会被挡回来。
而我们的检测设备就像是在旁边观察的小昆虫学家,通过看有多少蚂蚁被挡回来,就能知道这个障碍物有多厉害,也就是阻抗是多少啦。
还有一种方式呢,是从能量的角度来看。
射频信号带着能量在电路里溜达。
当遇到不同的阻抗时,能量的消耗情况就不一样。
低阻抗的时候,能量消耗得比较少,就像汽车在平坦的公路上开,不需要费太多油;高阻抗的时候呢,能量就会大量地被消耗或者被反射回去,就像汽车在崎岖的山路上开,又费油还可能开不动。
检测设备就像一个很精明的会计,通过计算能量的变化,就能算出这个阻抗的大小。
在实际的射频电路里呀,阻抗的准确检测可重要了呢。
比如说在手机里,射频部分要是阻抗不匹配,那信号就不好,你可能打电话就会有杂音,上网就会很慢。
这就好比是一群快递员要把包裹送到你家,结果路上到处是障碍,包裹就不能及时送到啦。
所以工程师们就得不停地检测和调整这个射频阻抗,让这些小信使能够顺顺利利地把信息传递好。
射频信号对阻抗的要求射频信号在无线通信中扮演着重要的角色,而阻抗则是射频电路中一个关键的参数。
射频信号对阻抗的要求直接影响着信号的传输质量和系统的稳定性。
本文将从不同角度探讨射频信号对阻抗的要求。
射频信号对阻抗的要求与信号的传输质量密切相关。
在射频电路中,信号的阻抗匹配是保证信号传输最大化的重要因素之一。
当信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗匹配时,信号能够最大限度地传输到负载中,避免信号的反射和损耗,从而提高信号的传输质量。
因此,射频信号对阻抗的要求是要求信号源的输出阻抗与负载的输入阻抗相匹配,以减少信号的反射和损耗。
射频信号对阻抗的要求与系统的稳定性密切相关。
在射频电路中,阻抗不匹配会引起信号的反射和干扰,导致信号的失真和降低系统的稳定性。
特别是在高频率下,阻抗不匹配会引起信号的多径传播和干扰,影响信号的接收和解调。
因此,射频信号对阻抗的要求是要求信号源和负载的阻抗匹配,以保证信号的传输稳定性和系统的正常工作。
射频信号对阻抗的要求还与信号的功率传输密度有关。
在射频电路中,功率传输密度是指单位面积内的功率传输量。
当阻抗匹配不良时,信号的功率会被部分反射回信号源,导致功率传输密度降低。
为了提高功率传输效率,射频信号对阻抗的要求是要求信号源和负载的阻抗匹配,以最大限度地提高功率传输密度。
射频信号对阻抗的要求还与信号的频率特性有关。
在不同的频率下,射频信号对阻抗的要求可能会有所不同。
例如,在高频率下,射频信号对阻抗的要求更加严格,因为高频信号的传输受到更多的衰减和干扰。
因此,在设计射频电路时,需要根据信号的频率特性来确定合适的阻抗匹配方案,以满足射频信号对阻抗的要求。
射频信号对阻抗的要求对于信号的传输质量、系统的稳定性、功率传输密度和频率特性等方面都有重要影响。
在射频电路设计中,需要合理选择合适的阻抗匹配方案,以满足射频信号对阻抗的要求,从而实现高质量的信号传输和稳定的系统运行。
两层板(双面板)如何控制50欧特性阻抗的设计技巧我们都知道,在射频电路的设计过程中,走线保持50欧姆的特性阻抗是一件很重要的事情,尤其是在Wi-Fi产品的射频电路设计过程中,由于工作频率很高(2.4GHz或者5.8GHz),特性阻抗的控制就显得更加重要了。
如果特性阻抗没有很好的控制在50欧姆,那么将会给射频工程师的工作带来很大的麻烦。
什么是特性阻抗?是指当导体中有电子”讯号”波形之传播时,其电压对电流的比值称为”阻抗Impedance”。
由于交流电路中或在高频情况下,原已混杂有其它因素(如容抗、感抗等)的”Resistance”,已不再只是简单直流电的”欧姆电阻”(OhmicResistance),故在电路中不宜再称为”电阻”,而应改称为”阻抗”。
不过到了真正用到”Impedance阻抗”的交流电情况时,免不了会造成混淆,为了有所区别起见,只好将电子讯号者称为”特性阻抗”。
电路板线路中的讯号传播时,影响其”特性阻抗”的因素有线路的截面积,线路与接地层之间绝绿材质的厚度,以及其介质常数等三项。
目前已有许多高频高传输速度的板子,已要求”特性阻抗”须控制在某一范围之内,则板子在制造过程中,必须认真考虑上述三项重要的参数以及其它配合的条件。
两层板如何有效的控制特性阻抗?在四层板或者六层板的时候,我们一般会在顶层(top)走射频的线,然后再第二层会是完整的地平面,这样顶层和第二层的之间的电介质是很薄的,顶层的线不用很宽就可以满足50欧姆的特性阻抗(在其他情况相同的情况下,走线越宽,特性阻抗越小)。
但是,在两层板的情况下,就不一样了。
两层板时,为了保证电路板的强度,我们不可能用很薄的电路板去做,这时,顶层和底层(参考面)之间的间距就会很大,如果还是用原来的办法控制50欧姆的特性阻抗,那么顶层的走线必须很宽。
例如我们假设板子的厚度是39.6mil(1mm),按照常规的做法,在Polar中设计,如下图线宽70mil,这是一个近乎荒谬的结论,简直令人抓狂。
两层板(双面板)如何控制50欧特性阻抗的设计技巧我们都知道,在射频电路的设计过程中,走线保持50欧姆的特性阻抗是一件很重要的事情,尤其是在Wi-Fi 产品的射频电路设计过程中,由于工作频率很高(2.4GHz或者5.8GHz),特性阻抗的控制就显得更加重要了。
如果特性阻抗没有很好的控制在50欧姆,那么将会给射频工程师的工作带来很大的麻烦。
什么是特性阻抗?是指当导体中有电子”讯号”波形之传播时,其电压对电流的比值称为”阻抗Impedance”。
由于交流电路中或在高频情况下,原已混杂有其它因素(如容抗、感抗等)的”Resistance”,已不再只是简单直流电的”欧姆电阻”(OhmicResistance),故在电路中不宜再称为”电阻”,而应改称为”阻抗”。
不过到了真正用到”Impedance 阻抗”的交流电情况时,免不了会造成混淆,为了有所区别起见,只好将电子讯号者称为”特性阻抗”。
电路板线路中的讯号传播时,影响其”特性阻抗”的因素有线路的截面积,线路与接地层之间绝绿材质的厚度,以及其介质常数等三项。
目前已有许多高频高传输速度的板子,已要求”特性阻抗”须控制在某一范围之内,则板子在制造过程中,必须认真考虑上述三项重要的参数以及其它配合的条件。
两层板如何有效的控制特性阻抗?在四层板或者六层板的时候,我们一般会在顶层(top)走射频的线,然后再第二层会是完整的地平面,这样顶层和第二层的之间的电介质是很薄的,顶层的线不用很宽就可以满足50欧姆的特性阻抗(在其他情况相同的情况下,走线越宽,特性阻抗越小)。
但是,在两层板的情况下,就不一样了。
两层板时,为了保证电路板的强度,我们不可能用很薄的电路板去做,这时,顶层和底层(参考面)之间的间距就会很大,如果还是用原来的办法控制50欧姆的特性阻抗,那么顶层的走线必须很宽。
例如我们假设板子的厚度是39.6mil(1mm),按照常规的做法,在Polar中设计,如下图线宽70mil,这是一个近乎荒谬的结论,简直令人抓狂。
射频阻抗匹配计算公式射频、阻抗、匹配,这几个词听起来是不是有点让人摸不着头脑?别急,让我来给您好好说道说道其中的计算公式。
咱先来说说啥是射频。
您就想象一下,射频就像是空气中快速传播的“小波浪”,比如您的手机和基站之间传递的信号,那就是射频。
而阻抗呢,您可以把它理解成电流在电路中通行的“阻力”。
这阻力大小不合适,信号传输就会出问题,就像小河流被大石头挡住,水流就不顺畅啦。
那啥叫匹配呢?匹配就是让射频信号能顺顺溜溜地传输,没有阻碍,就好比给小河流挖好了合适的河道,水就能欢快地流淌。
说到射频阻抗匹配的计算公式,常见的有史密斯圆图法、反射系数法等等。
咱先来讲讲史密斯圆图法。
这史密斯圆图就像是一张神奇的地图,您在上面能找到阻抗匹配的答案。
比如说,您知道了输入阻抗和负载阻抗,通过在这圆图上比划比划,就能算出需要添加的元件值来实现匹配。
我记得有一次,我给学生们讲这个知识点。
有个小家伙瞪着大眼睛问我:“老师,这圆图咋这么复杂呀,感觉像个迷宫。
”我笑着告诉他:“别着急,咱一步一步来,就像走迷宫找到了出口一样,会发现其实挺有趣的。
”然后我带着他们一个一个参数地分析,慢慢地,他们脸上露出了恍然大悟的表情。
再来说说反射系数法。
这反射系数就像是信号传输中的“反馈信息”,通过它能知道阻抗匹配的情况。
计算反射系数的公式看起来有点复杂,但是只要理解了其中的原理,也就不那么难了。
总之,射频阻抗匹配的计算公式虽然有点让人头疼,但只要您耐心琢磨,多做几道练习题,就一定能掌握。
就像学骑自行车,一开始可能摇摇晃晃,但多练几次,就能稳稳当当上路啦。
希望我讲的这些能让您对射频阻抗匹配的计算公式有更清楚的了解,加油!。
天线电路板如何设计?你看着短路了,其实不是,怎么回事来看下射频对于大家来说,都是有点陌生,在PCB设计方面,也是有一些知识点需要掌握!因为射频电路无论是电路设计还是PCB设计,跟一般的电路有很大的差别。
一般电路连通了就是连通了,就像一个灯泡两端接上220V电源,他就直然会亮。
原创今日头条:卧龙会IT技术但射频并不是你看到的是什么,就是什么。
对于射频电路,明明看到它与地连接在一起,不懂的人一定会有疑问,都接地了,不是短路了吗?这是因为你不懂微波理论。
如下图所示的一根天线,箭头所示明明跟地相连了,怎么回事?这根天线不是短路了嘛?其实这并不是短路,这根天线与地之间还有很多电阻,电容,电感这些等效电路组成的一些电路组成。
原创今日头条:卧龙会IT技术这个大家自己去看看微波理论,再去翻书看一看,手机天线, WIFI,天线,蓝牙,ZIGBEE等等,无线的都是射频电路。
今天就讲讲这个射频电路的PCB设计要点:一,射频电路需要控制阻抗为50欧姆1,如果是双面板,那就要采用共面阻抗进行设计,因为板厚一般都是1.6mm,以底层为参考的话,要做到50欧姆,可能需要1mm以上的线宽才能符合要求。
这么粗的线,芯片焊盘都没有这么粗,所以不怎么合适。
所以可以采用共面阻抗设计。
线宽设为与焊盘的宽度一致。
原创今日头条:卧龙会IT技术再设计铜厚,与大铜皮的问距实现50殴姆阻抗。
如下图所示,运用SI9000进行阻抗计算,算出D1。
这次我们是以线宽为20mil,铜厚为1盎司来计算。
算出D1为4.6mil多层板就要采取隔层参考的形式,因为50殴姆如果还是以信号的参考平面来计算,可能线宽会很细,比如4mil的是60欧姆,那50欧姆的可能不到4mil了,有些厂家就做不出来了,所以需要采用隔层参考。
就是说把射频线下面的第二层铜皮挖空,然后以第三层来作为参考层进行阻抗。
原创今日头条:卧龙会IT技术还有一个,射频线最好粗一点,这样损耗会小一点。
线细可能会加大射频发射的损耗。
对于一般的方案公司,平台定了之后,射频收发器 TC 就不可能变,那么 TC 出问题的情况也不作考虑早期确实收发器跟PA之间 要加SAW Filter目的是避免Rx Band Noise被PA放大后 干扰RX讯号若是Band1或Band 2 除了避免干扰RX讯号 也可避免干扰GPS讯号但现在收发器线性度越来越好 其PA输入就算不放SAW Filter其灵敏度也没啥差但即便收发器很好 不代表PA输入的Rx Band Noise就可以很低 因为收发器跟PA 不会在同一个屏蔽间这表示收发器跟PA间的走线 一定是内层 加上收发器跟PA之间 可能会有一段距离 亦即PA输入的走线 可能会使阻抗偏移改变了收发器DA看出去的Load-pull发射讯号干扰接受讯号的图如下:因为PA输入端的匹配,其实也是DA看出去的Load-pull,会影响PA输入端的ACLR,而PA是最大的非线性贡献者,若PA输入端的ACLR不好,则PA输出端的ACLR只会更差 ; 反之,若透过调整PA输入端匹配,提升DA的线性度,使PA输入端的ACLR改善,那么当然PA输出端的ACLR也会跟着有所改善。
此外 既然DA看出去的Load-pull有所偏移 线性度受影响那谐波也可能恶化若收发器出来的二阶谐波过大 则会与主频 透过PA的非线性产生(2f-f)的交互调变然后再与PA本身产生的ACLR迭加,那么最终PA输出的ACLR会更加恶化。
但若先利用Notch抑制收发器输出的二阶谐波,那么PA输出的ACLR,只会来自于PA的自身非线性 亦即可降低PA输出的ACLR故由以上推论可知 修改PA输入匹配电路可优化收发器输出的ACLR与谐波进而优化PA输出的ACLR 以降低RX Band Noise另外,PA 的电源部分也是一个重要的影响因素,PA 供电的电源不好,会把电源的噪声带入发射。
图中两组LC滤波器,是为了抑制来自PMIC的噪声(蓝色路径)跟电池的噪声(绿色路径)进入PA SMPS跟PA,因为这会使得PA电源不干净,有可能会使ACLR 跟RX Band的Noise Floor高涨。
射频电源自动阻抗匹配器的开发和实验研究-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:射频电源自动阻抗匹配器是一种用于在射频系统中自动调整负载阻抗以实现最大功率传输的关键设备。
在射频传输中,负载阻抗与源的内部阻抗之间的匹配程度直接影响信号的传输效率和质量。
传统上,这种匹配通常需要手动调整,耗时且容易出错。
为了解决这一问题,射频电源自动阻抗匹配器应运而生。
它利用先进的自动控制算法和技术,能够智能地监测并调整负载阻抗,实现最佳的匹配效果,从而提高整个射频系统的性能和稳定性。
本文将介绍射频电源自动阻抗匹配器的原理、开发过程和实验研究设计,探讨其在射频系统中的应用前景。
通过实验结果的分析,展望射频电源自动阻抗匹配器在未来的发展方向,并总结其在射频技术领域的重要意义。
1.2 文章结构文章结构部分主要包括介绍本文的整体架构和各个章节的主要内容。
本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节。
在概述部分,我们将介绍射频电源自动阻抗匹配器的背景和重要性;在文章结构部分,我们将简要阐述本文的结构安排;在目的部分,我们将明确本文的研究目的和意义。
正文部分包括射频电源自动阻抗匹配器的原理、开发过程和实验研究设计三个小节。
在原理部分,我们将详细介绍射频电源自动阻抗匹配器的基本原理和工作原理;在开发过程部分,我们将介绍开发该匹配器的步骤和方法;在实验研究设计部分,我们将详细描述进行实验研究的具体设计和方法。
结论部分包括实验结果分析、应用前景展望和总结三个小节。
在实验结果分析部分,我们将对实验结果进行详细的分析和讨论;在应用前景展望部分,我们将探讨射频电源自动阻抗匹配器在未来的应用前景;在总结部分,我们将对本文的研究内容进行总结和展望。
1.3 目的本文旨在介绍射频电源自动阻抗匹配器的开发和实验研究过程,通过对其原理、开发过程和实验设计的详细阐述,旨在促进对该技术的更深入理解和应用。
通过实验结果的分析和应用前景展望,将有助于读者了解自动阻抗匹配器在射频领域中的潜在价值和发展趋势,为相关研究和工程应用提供参考和借鉴。
射频PCB设计规则总结
1.RF线尽量走成135度弧线,不要走成90度直角
2.RF线尽量短而粗。
高频最好将其上下两层挖空,参考上上层和下下层
3.双工器接收走线必须走表层,而发射可以走内层。
若发射走内层,则上下两层要挖空。
若实在挖不了就别挖了,但是高频尽量能挖空。
高频有Band7,Band34,Band38,Band39,Band40,Band41,Band1也可以算是高频
4.Clk线一定要完整包地,远离RF线
5.布线时开关离射频座越近越好
6.保持差分线平行且等长。
7.保持时钟信号线(clk)尽量短且其上下左右都包地。
如果不能做到良好包地,请遵循3W原则,且在其周围放置足够多的地孔。
8.保证输入输出走线之间的良好隔离。
双工器上,ANT,RX和TX之间看是否满足Y型地隔离。
9.不同性质的线之间尽量用GND+VIA(地孔)隔开。
10.保证信号回路的相对独立。
11.保证地的完整性。
每个GND PIN需要可靠连接到主GND平面上。
12.Transceiver和PA IC需要用Shielding case隔离,避免de-sense产生。
13.RF信号线请按照要求做好阻抗控制。
TX(单端50欧)和RX(单端50欧或者差分100欧)。
14.IQ是差分信号,需要两两分开上下左右包地。
15.RF线切忌穿层太多。
切忌过孔太多。
智能手机中的射频开关智能手机代表了射频个人通信最前沿、也最具挑战性的射频产品设计之一。
这些第三代(3G)蜂窝多模多频设备基于EDGE/GSM(2.5G)标准时可能工作在3个或4个频段,基于3G WCDMA/HSPA标准时的工作频段也可能多达3至4个。
随着智能手机版本的演进和WCDMA与3GPP长期演进(LTE)标准的采纳,工作频段可能增加到10个或11个。
在小型设备中支持如此多频段和工作模式的关键元件之一是射频(RF)开关,这种开关在智能手机的整个前端电路中有多种使用方式。
不管是通过蜂窝还是移动连接网络和外部设备,为了确保高数据速率的无线通信,典型的智能手机(图1)都集成有许多天线组件和多个无线数据流。
放大、过滤和切换所要求的射频信号需要用到多种射频元件(图中用蓝色突出显示了射频开关部分)。
现代智能手机是一种复杂的设备,在手持式封装中充分融合了计算和通信技术。
这些设备必须通过直观的操作界面提供各种与消费者和业务有关的功能。
电磁(EM)场产生计算机电路与必定会接收到其它EM信号的无线电路非常靠近,这只是智能手持设备面临的设计挑战之一。
智能手机的复杂性还延伸到了这些多射频发射器的RF模拟/混合信号领域。
图1:该模块图显示了典型的智能手机架构,除了多频段蜂窝电话外,还包含嵌入式蓝牙、GPS和调频收音机功能。
观察这种新型手机内部的无线模块,可以发现多种无线电信号在很小物理体积内工作和共存所固有的复杂性。
这种复杂的信号路由和射频开关要求对智能手机设计提出了极大的挑战。
智能手机中的射频开关配置种类十分广泛,从相对简单的单刀双掷(SPDT)配置直到更为复杂的单刀十掷(SP10T)配置,有时掷的数量甚至更高。
开发所有这些开关的源动力是丰富的无线电通信技术以及智能手机中的多种频率和多副天线。
在蜂窝通信系统中用到了多种射频开关元件(图2)。
这些开关元件包括主天线发送/接收(T/R)开关,用于将主设备天线用于时分双工(TDD)收发器中的蜂窝发送和接收功能,例如用于提供全频段GSM服务的收发器。
⼿机射频性能测试⽅法介绍⼿机射频性能空中测试⽅法介绍[摘要] 本⽂⾸先简单介绍了⼿机天线的特性和指标,然后对CTIA协会制定的OTA(空中测试)⽅法进⾏了介绍。
⼿机的⼀些关键指标(如辐射总功率TRP、全向接收灵敏度TIS、⼈体感应)的测试⽅法以及相关测试环境,在⽂中作了详细的描述。
本⽂所介绍的OTA测试⽅法,对于改进⼿机研发阶段的测试⽅法具有很好的参考价值,⽽且在某些国家(美国),OTA测试已经成为GSM⼿机的必测项⽬,我们的研发测试需增加相关的测试内容。
⼀、前⾔良好的射频性能对于⼿机在数字蜂窝⽹、PCS⽹络中的表现⾄关重要。
由于⼿机的体积⽇趋⼩巧,天线性能通常不得不做出牺牲。
在很⼩的空间范围以内,要实现天线在各频段的良好性能是⼀件困难的⼯作。
这也对测试提出了⼀个更⾼的要求:全⾯、精确的测试,可以客观评估⼿机在实际⽹络中的表现,并不断改进设计;⽽不正确的测试数据,会有误导研发的可能。
现阶段公司的研发测试⼿段以平板耦合器与塔型天线测试为主。
在这样的近场测试环境中,⼿机与测量天线之间的距离⼩于3倍波长,和实际⽹络环境差异较⼤;且操作中常常需要根据实际情况调整⼿机的摆放位置,测试数据的可再现性、重复性较差,研发、测试、质检易出现分歧。
实际上,在项⽬的不同阶段,测试的重点也应区分:1. 研发测试研发测试时间相对⽐较充裕,需要利⽤各种测试⼿段,提供更多、更全⾯的数据,对⼿机的射频性能做出准确、客观的评估,这对⼿机性能的不断改进⾮常重要,也是项⽬转产的重要依据;2. ⽣产测试⽣产测试的⽬的是关注产品性能的⼀致性。
射频测试⽅⾯,其任务是把性能低于正常⽔平的不良品检测出来,防⽌不良品流⼊市场;另外⽣产测试必须操作性强,简单迅速,不降低产能。
此时可以使⽤屏蔽盒内的平板耦合器进⾏测试:由射频性能已知的样机作为⾦机(Golden Sample),经试验后确定⼿机摆放位置和通过准则,不同型号的⼿机摆放位置和通过准则不⼀定相同。
射频接收线圈的阻抗匹配
射频接收线圈的阻抗匹配是一个关键的过程,以确保射频信号的有效接收和传输。
阻抗匹配是指射频接收线圈的输入阻抗与信号源的输出阻抗之间的匹配,以减少信号损失和反射。
以下是实现射频接收线圈阻抗匹配的方法:
1、确定线圈的输入阻抗:首先,需要测量射频接收线圈的输入阻抗,包括电阻和电感分量。
2、确定信号源的输出阻抗:了解信号源的输出阻抗也是必要的,以便在匹配时进行相应的调整。
3、使用阻抗匹配网络:为了使射频接收线圈的输入阻抗与信号源的输出阻抗相匹配,可以设计一个阻抗匹配网络。
该网络可以是一个简单的LC电路,也可以是一个更复杂的网络,具体取决于所需的匹配精度和频率范围。
4、调整匹配网络:一旦设计出阻抗匹配网络,就需要根据实际测试结果进行调整,以确保最佳的匹配效果。
这可能需要一些尝试和错误的过程。
5、使用自动匹配技术:在现代射频系统中,经常使用自动匹配技术来动态调整阻抗匹配。
这些技术使用自动控制系统来监测阻抗匹配的状态,并实时调整匹配网络的参数,以保持最佳的匹配效果。
6、考虑温度和频率变化:在某些应用中,需要考虑温度和频率变化对阻抗匹配的影响。
这些因素可能导致阻抗值的变化,因此需要
采取措施来补偿这些变化,以确保稳定的阻抗匹配。
总之,实现射频接收线圈的阻抗匹配需要仔细的测量、设计和调整。
通过使用适当的阻抗匹配网络和技术,可以确保射频信号的有效接收和传输,减少信号损失和反射,从而提高系统的性能。
GPS模块射频输入端的阻抗控制何远吉;田晓明【摘要】阻抗控制是PCB设计中的一个重要环节.良好的阻抗控制可以保证信号传输的质量,因此射频电路中阻抗控制必不可少.对影响传输线阻抗控制的主要因素进行了讨论,介绍了阻抗控制计算的一般方法,重点分析了如何利用ADSmomentum 软件对GPS模块射频输入端进行阻抗控制的设计.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2007(030)023【总页数】3页(P171-173)【关键词】传输线;阻抗控制;射频输入端;ADS momentum【作者】何远吉;田晓明【作者单位】东南大学,国家专用集成电路系统工程中心,江苏,南京,210096;东南大学,国家专用集成电路系统工程中心,江苏,南京,210096【正文语种】中文【中图分类】TN406在PCB板中,要求射频传输线在信号传输时不发生反射现象,降低传输损耗,起到阻抗匹配的作用,这样才能得到完整可靠、无干扰噪音的传输信号。
因此在进行PCB电路设计时,射频电路传输线通常要求阻抗控制为50 Ω以避免阻抗失配,所以传输线的阻抗控制必不可少。
现在常用的一般阻抗控制软件主要为CITS27,SI8000等,他们会因线路模型或所使用的数学算法的限制而无法考虑到一些阻抗不连续的走线情况,计算结果有时比较粗略。
因此,如何对阻抗控制的设计进行合理的优化极为重要。
1 传输线的特征阻抗,阻抗匹配和阻抗控制1.1 特征阻抗在电路分析中,对于必须考虑信号传输,由两个具有一定长度的导体组成回路的连接线,称之为传输线。
在PCB板中,可以认为一条传输线就等同为一段电阻。
特征阻抗(Characteristic Impedance)是指传输线中,其高频信号或电磁波传播时所遇到的阻力,他是电阻抗、电容抗、电感抗的一个矢量和。
传输线的特征阻抗只与信号连线本身的特性相关,在射频电路中,特征阻抗主要取决于连线的单位分布电容和单位分布电感带来的分布电阻[1]。
手机射频之阻抗控制阻抗控制的目的,便是希望讯号能完全由Source端,传送到Load端,毫无反射,阻抗控制作得越好,其反射就越少[1]。
以RF而言,单端讯号控制为50奥姆,差分讯号控制为100奥姆。
至于为何RF 特征阻抗要定为50奥姆? 主要是最大传送功率(30奥姆)与最小Loss(77奥姆)的折衷[2]。
在做阻抗控制之前,要先向PCB厂要迭构数据,才能知道PCB参数。
以手机而言,多半为8层板或10层板,8层板多半为3-2-3迭构或Any Layer10层板多半为4-2-4迭构或Any Layer当然Any Layer在走在线的弹性最大,但是价格最贵。
Trace型式RF讯号在阻抗控制的型式,多半有4种,单端讯号走表层单端讯号走内层差分讯号走表层差分讯号走内层将上述四种型式的参数,整理如下:单端讯号走表层单端讯号走内层差分讯号走表层差分讯号走内层H1 覆膜厚度较大的与参考层距离覆膜厚度较大的与参考层距离H 与参考层距离两层参考层距离与参考层距离两层参考层距离W1 Trace 下方宽度Trace下方宽度Trace下方宽度Trace下方宽度W Trace上方宽度Trace上方宽度Trace上方宽度Trace上方宽度S 与GND间距与GND间距差分线间距差分线间距T Trace厚度Trace厚度Trace厚度Trace厚度单端讯号多半会用Coplanar结构计算,因为与GND的间距,会影响阻抗。
而差分讯号与GND的间距,对阻抗影响不大,反而是差分线间距影响较大,所以单端讯号的S,是与GND的间距,而差分讯号的S,是差分线间距。
至于线宽,因为制程缘故,所以洗出来会变梯型,而一般说的线宽,是指W1,而W多半以下式估算阻抗W = W1 - 1要注意的是,上式用的单位为mil,而一般计算阻抗时,也多半用mil 。
在此我们利用10层板Any layer来作阻抗控制,计算结果如下:TOP S2.2L2 G2.2L32.2L42.2L5 G2.5L6 S2.2L7 G2.2L82.2L9 G2.2BOT S50奥姆线宽 3.7 3.7 2.350奥姆对共平面地线距(D) 6 6 6100奥姆(diff) 线宽 3.1 3.1 2.3100奥姆(diff) 差动线距(S) 10 10 10计算所得单端阻抗49.28 49.28 42.65计算所得差分阻抗100 100 81.26其中S是signal所走层面,而G是GND参考层,另外,单端讯号用的介电常数值,与差分讯号用的介电常数值不同,要特别注意。
阻抗控制的目的,便是希望讯号能完全由Source端,传送到Load端,毫无反射,阻抗控制作得越好,其反射就越少[1]。
以RF而言,单端讯号控制为50奥姆,差分讯号控制为100奥姆。
至于为何RF 特征阻抗要定为50奥姆? 主要是最大传送功率(30奥姆)与最小Loss(77奥姆)的折衷[2]。
在做阻抗控制之前,要先向PCB厂要迭构数据,才能知道PCB参数。
以手机而言,多半为8层板或10层板,8层板多半为3-2-3迭构或Any Layer10层板多半为4-2-4迭构或Any Layer当然Any Layer在走在线的弹性最大,但是价格最贵。
Trace型式RF讯号在阻抗控制的型式,多半有4种,单端讯号走表层单端讯号走内层差分讯号走表层差分讯号走内层将上述四种型式的参数,整理如下:单端讯号走表层 单端讯号走内层 差分讯号走表层差分讯号走内层H1 覆膜厚度较大的与参考层距离覆膜厚度较大的与参考层距离H 与参考层距离两层参考层距离与参考层距离两层参考层距离W1 Trace下方宽度Trace下方宽度Trace下方宽度Trace下方宽度W Trace上方宽度Trace上方宽度Trace上方宽度Trace上方宽度S 与GND间距与GND间距差分线间距差分线间距T Trace厚度Trace厚度Trace厚度Trace厚度单端讯号多半会用Coplanar结构计算,因为与GND的间距,会影响阻抗。
而差分讯号与GND的间距,对阻抗影响不大,反而是差分线间距影响较大,所以单端讯号的S,是与GND的间距,而差分讯号的S,是差分线间距。
至于线宽,因为制程缘故,所以洗出来会变梯型,而一般说的线宽,是指W1,而W多半以下式估算阻抗W = W1 - 1要注意的是,上式用的单位为mil,而一般计算阻抗时,也多半用mil 。
在此我们利用10层板Any layer来作阻抗控制,计算结果如下:TOP S2.2L2 G2.2L32.2L42.2L5 G2.5L6 S2.2L7 G2.2L82.2L9 G2.2BOT S50奥姆线宽 3.7 3.7 2.350奥姆对共平面地线距(D) 6 6 6100奥姆(diff) 线宽 3.1 3.1 2.3100奥姆(diff) 差动线距(S) 10 10 10计算所得单端阻抗49.28 49.28 42.65计算所得差分阻抗100 100 81.26其中S是signal所走层面,而G是GND参考层,另外,单端讯号用的介电常数值,与差分讯号用的介电常数值不同,要特别注意。
虽然影响阻抗的因素有许多,但是RF工程师能控制的,只有H, H1, W1, S这四项,其它都取决于PCB厂,因此我们把这四个变量整理如下:与阻抗关系单端讯号走表层 单端讯号走内层 差分讯号走表层差分讯号走内层H1 反比反比H 正比正比W1 反比反比反比反比S 正比, 但6mil已差不多正比, 但6mil已差不多正比, 但10mil已差不多正比, 但10mil已差不多Q. 既然有10层板层板,,为何只走表层跟第六层? 而不走其它层?A. 这是阻抗计算出来的结果,假设如果走第二层,且单端讯号要50奥姆,差分讯号要100奥姆,则线宽只有1.6mil,由[2]可知,线宽太细,容易有阻抗误差与Insertion Loss(IL)过大的缺点。
阻抗误差如下式:阻抗误差= 線寬誤差線寬因为PCB厂的制程能力,一般来说会有正负0.5mil的线宽误差,因此,若线宽过细,则可能会阻抗误差过大,导致每片PCB的阻抗都不同。
至于损耗过大,若是Tx的Trace,会导致power过小,若硬要以加大DAC方式来达成Target power,则可能会因PA的input power过大,而产生许多非线性效应,例如Harmonics, IMD……等[3]。
若是Rx的Trace线宽过细,则会导致Sensitivity不好。
因为由[3]可知,当IL提升1dBm, 则NF也会多加1,则Sensitivity便会衰减1dBm。
Q. 为何单端/差分讯号在第六层的计算阻抗差分讯号在第六层的计算阻抗,,并非理想的50奥姆/100奥姆?A. 也是线宽考虑,虽然第六层的H1比其他层较大,2.5mil,而在阻抗不变情况下,H1加大可有较大线宽,但50奥姆的计算结果,为1.7mil,比第二层的50奥姆1.6mil,只多了1mil。
还是太细,因此只好牺牲一点阻抗,来拓宽线宽。
Q. 线宽跟阻抗的上下限为何?A. 线宽最好有3mil以上,2.3mil是最下限,极度不建议线宽小于2.3mil。
至于阻抗,大概可以有正负15%的范围,以单端讯号而言,范围是42.5 奥姆~ 57.5 奥姆,而以差分讯号而言,范围是85奥姆~ 115奥姆。
只要阻抗在范围内,尽可能拓宽线宽,因为阻抗偏掉,可以靠匹配调回来, 但若Insertion Loss过大,则几乎无补救机制,因此两害相权取一轻情况下,宁可牺牲一点阻抗,来拓宽线宽。
然后也靠牺牲阻抗的方式,,来拓宽线宽?Q. 那为何不走其它层那为何不走其它层,,然后也靠牺牲阻抗的方式A. 以手机寸土寸金的空间考虑,Main GND顶多只会有两层,以10层板而言,Main GND会设计在第五层跟第七层,因此若要得到良好的Shielding效果,只能走第六层,若走第二层或第三层,一来会有其它数字或电源Trace,受干扰机会加大,二来是第二层或第三层上下两层的GND,多半是支离破碎,不会像第五层跟第七层的Main GND那样完整,因此若以Shielding效果考量,走第六层会比其他内层来得好。
Q. 那可否以不牺牲阻抗的方式那可否以不牺牲阻抗的方式,,来拓展线宽?A. 有三种方式: 走表层, 把S加大, 挖空。
由前面表格得知,走表层可不牺牲阻抗,又可有较宽线宽,但走表层易受干扰,因此当Trace过长的情况下,还是要走内层来避免干扰[3]。
而S加大,确实可以在不牺牲阻抗的方式,来拓展线宽,但会有极限。
不挖空的情况下,单端讯号的S,6mil以上就不会再改变阻抗了。
而差分讯号的S,10mil以上就不会再改变阻抗了。
特别是差分讯号,由[4]可知,间距若过大,会削弱抗干扰的能力,因此S也不宜过大,一来是避免占据过多Layout空间,二来是避免削弱差分讯号抗干扰的能力。
至于挖空,也是方法之一,尤其由[2]可知,若Trace与参考层过近,会有寄生效应,因此挖空,不但可在不牺牲阻抗情况下拓展线宽,同时也可避免寄生效应。
但是挖空会占据空间,挖越多占据越多空间,因此建议一开始走线时,先不要挖空,等所有RF/BB的线都已走完,确定有多余空间,再来挖空。
挖空另外谈到挖空,有一些情况是一开始就要挖。
一种是天线净空区,Connector到天线弹片间,还会有一组天线的匹配电路,因为这块区域,是天线净空区,因此多半会将线宽弄成跟匹配组件一样。
以0402组件为例,零件的宽度大约为20mil(0.5mm),因此线宽会弄成20mil。
因为若按照前述设计,线宽3.7mil,则当经过20mil宽的0402组件时,会有阻抗不连续效应[1],因此会将线宽弄成与匹配组件一样。
此外,因为该区域为天线净空区,即便挖空也不会占据其他走线的空间,因此可以在不牺牲阻抗情况下,来拓展线宽。
若将线宽设为20mil,则H为8.8mil,依迭构计算,其参考层即第5层的Main GND。
计算结果为46.45奥姆,还算在可接受范围内(42.5 ~ 57.5)。
另外像PA跟Antenna Switch,其讯号Pad多半都很大,因此下层也要挖空,避免寄生效应而XO,不但表层周遭要净空下层更是一定要挖空因为由[5-6]得知,寄生电容会影响XO的负载电容,进而影响震荡频率,容易有Frequency error,因此要特别注意,有些XO甚至下两层都要挖。
至于Matching组件与Rx Trace,则视情况而定,因为层与层之间相隔2.2mil,这样的距离,不至于会有太大的寄生效应。
而Matching组件,若是0201尺寸,基本上已经可以忽略寄生效应了。
另外Rx Trace,通常是PCS 1900的频带,比较会有影响,因为频率高,如果发现PCS 1900的Rx Matching,一直调不好,不仿挖空,看情况是否改善。
Q. 该如何挑选PCB板材?A. 介电常数越小,则讯号越不易受外界噪声干扰。
而Loss Tangent 也是越小越好,其讯号的眼图也越好。
而厚度若越薄,则Via的寄生电感与寄生电容也越小[2]。
谈到寄生效应,除了利用前述的挖空方式来避免,Via也是尽可能少用为佳。
因为每个Via都是一个不连续面,故除了会造成阻抗不连续,同时会有寄生电容与寄生电感。
寄生电容会减缓电路的速度,而寄生电感会削弱Bypass电容的效果,也就是使得滤噪声的效果变差,因此除非必要,否则尽可能不要过度频繁穿层[2]。
Reference[1] 高速电路信号完整性分析与设计—阻抗控制, 百度文库[2] Layout Concern about Trace, Ground and Via_简体中文, 百度文库[3 ] RF parameter introduction, 新浪文库[4] Introduction to differential signal, 百度文库[5] Improving the Accuracy of a Crystal Oscillator, SEMTECH[6] Pierce-gate oscillator crystal load calculation, RF Design。