RF接收路徑的匹配流程----以GPS為例

1、Author : Criterion調(diào)Matchi ng前,至少準備兩塊板子一塊完整PCB,有上全部零件 :1Author : Criterion#Author : Criterion#Author : Criterion#Author : Criterion塊裸版，完全都沒上零件#Author : Criterion#Author : Criterion#Author : Criterion匹配前注意事項一銅管很多人忽略這點，但其實這是最重要的，因為你在調(diào)匹配過程中，會量S11(阻抗)，跟S21(Loss)。如果銅管這邊，該注意的沒注意，那么你量到 的S11跟S21，都是錯的。更直接一點講，

2、你所有的匹配工作，都是白費工。1. 銅管長度不宜過長Q.反正我用Port Extension把銅管校掉就好啦不對! Port Extension不是萬能的。如果銅管過長，便無法完全校掉，如下圖RealIdeal由上圖可知，若銅管過長，即便你做完P(guān)ort Extension ,其阻抗并非完美的一點 Open，而是會拖一段軌跡，那么當你實際上去量PCB時，你量到的阻抗，其實包含了銅管。也就是說 ，此時你量到的 PCB阻抗，是不準的，是有誤差的。你 若根據(jù)不準的阻抗去做匹配，你調(diào)出來的匹配永遠不會好而且，不管是PCB走線，還是銅管，都一樣，只要長度一長，其50奧姆就會偏掉，那就會導(dǎo)致 Mismatc

3、h Loss。換言之，當你實際去量 PCB的Insertion Loss 時，因為包含了銅管本身的Mismatch Loss ，以至于你量出來的Insertion Loss ，會比PCB實際的Insertion Loss 還大。因此常有人誤解，單純量Insertion Loss ，因為不看阻抗，所以不需要校正。這是不對的觀念，你量出來的阻抗錯誤，會連帶使你量出來的Insertion Loss過大。簡單講，只要用到銅管量 S參數(shù)，不管是S11,還是S21，Open/Short/Load 校正跟Port Extension就是要做，而且銅管長度不宜過長。3Author : Criterion2.

4、銅管要彎折后，再做Port Extension 。因為實際上，你在做匹配時，銅管可能會彎折4Author : Criterion#Author : Criterion如果你還沒彎折時，就先做Port Extension ，如下圖左，即便此時你的阻抗是完美的一點Open，但是當你把銅管彎折后的一點Open ，如下圖右:，其阻抗會偏，亦即此時阻抗并非完美#Author : Criterion你一開始就未把銅管給校掉，亦即你量到的PCB阻抗，是不準的，是有誤差的你若根據(jù)不準的阻抗去做匹配，你調(diào)出來的匹配，永遠不會好。所以應(yīng)該是，先在裸版上，把銅管彎折到你方便焊接的角度后，再去做PortExtensi

5、on，直到其阻抗是完美的一點Open，如下圖:此時才可以開始去做匹配的工作。當然，一旦你作完P(guān)ort Extension之后，你這銅管，就不能再彎折。簡單講，作匹配時，你銅管的長度跟彎折，都必須與作Port Extension時完全一 樣，否則后面的匹配工作，都是白費工。5Author : Criterion3. 接地要足夠有些Pad在板邊，如下圖，銅管這樣焊其實不對，因為沒有足夠的接地。正確應(yīng)該如下圖所以為啥前面說，實際上在量測PCB參數(shù)時，銅管有可能會彎折，原因之一就是，你得確保銅管有足夠的接地。4. 接地處要離Pad越近越好Pad越近越好。所以用下圖為例,你接地之處，應(yīng)該是黃圈，而不是紅

6、圈,因為黃圈離Pad較近。除了接地要足夠，要盡可能大，還有一點，接地的位置，要離8Author : Criterion#Author : CriterionQ.如果黃圈處的地，只有一點點，這樣就接地不夠。紅圈處的地很大，但離Pad很遠，要選哪一個？答案是，你兩個都選。不管怎樣，接地之處，一定要極接近Pad。所以在Pad附近，先找個可以接地的地方，是當務(wù)之急。所以像黃圈，不管地多小，你就是要焊錫。如果覺得黃圈的地不夠大，那就是再找個可以有足夠接地的地方，再作補強，也就是紅圈處。否則，不管是地不夠大，或是地離pad太遠，都會使量出來的Loss過大。如果訊號附近的 GND,實在不好焊錫，必要時可在銅

7、管外緣，多焊一個Pogo pin，以方便接地。10Author : Criterion匹配前注意事項一溫度常遇到的狀況是，熱風槍吹完，電感電容焊上去，馬上去量阻抗，卻發(fā)現(xiàn)怎么調(diào)11Author : Criterion#Author : Criterion都跟預(yù)期有落差，怎么調(diào)都不會50奧姆Temp = 25Temp = 200pH7- - - HFPort 1Port 2、-*-Z-E -這是因為，電感電容的值，會受溫度影響。你熱風槍剛吹完，就算等到錫凝固了 ， 此時PCB溫度也還有200度，此時電容電感值，會因高溫而有所誤差，量出來 的阻抗，是不準的，你根據(jù)一個不準的阻抗，不斷地微調(diào)，不斷地

8、焊接，都只是 白費工。所以要先把PCB放涼，至少等到PCB溫度跟常溫一樣，才能去量阻抗。匹配前注意事項一塑料鑷子當你要焊接前，先用塑料鑷子，把零件壓在Pad上方，去觀察 Smith Chart :JQ.這看到的阻抗不準吧肯定的啊，但你可以先透過這方式 ，去觀察Smith Chart的趨勢軌跡，是否如你 預(yù)期。如果在你預(yù)期之內(nèi)，你再去焊接都還不遲。如果在你預(yù)期之外，那你就不 要浪費時間去焊接了 ，趕快換值再作觀察，方為上策。Q.為啥要塑料鑷子?因為金屬會影響阻抗，如果你用金屬鑷子，假設(shè)你夾的是電容，那么你實際上在Smith Chart看到的趨勢軌跡，是（金屬鑷子+電容），而并非只有電容。再次強調(diào)

9、， 根據(jù)不準的資料去做分析，后續(xù)的分析工作，都是白費工。匹配流程整個Block Diagram ,大概如下圖Step 1.拿有上件的PCB,如果是Switch ,就額外供給 Vcc跟控制訊號,把Switch 開啟，Port1 接 Connector，Port2 接 Diplexer/Switch 輸出，調(diào) Matching1 ， 調(diào)到50奧姆。II調(diào)完后,再把這組 Match in g1 ,放到裸版,量S21,也就是In sertion Loss。否則如下圖,你今天串一個 1nH電感，并5pF電容，其Insertion Loss高達3.7 dB,這樣的話，不管你阻抗多接近 50奧姆，這組Mat

10、chi ng都不能用。Frequency (MHz)因為GPS訊號太微弱，所以對于Loss要非常計較，哪怕是SAW Filter或Diplexer， Loss也不會到 3.7 dB，怎能讓一組 Matching，Loss就高達3.7 dB ?而且這是在LNA輸入端，亦即你光這組 Matchi ng，就會讓你的靈敏度，劣化3.7 dB,那你后面怎么調(diào)，CNR跟靈敏度，都不會好。16Author : Criterion當然，如果要串聯(lián)電感，記得要選高 Q值的，因為Loss會比較小Frequency (MHz)17Author : Criterion#Author : Criterion而且Q值大了

11、 ，其帶寬會較窄，亦即某種程度上，你這高Q值電感，還有擋帶 外噪聲的功能。/ 11 a、/L7>1,厶40IQ.4假設(shè) Diplexer/Switch的 Data sheet 標示，其 Insertion Loss 是 1 dB,我在 Stepl量到的 Insertion Loss(Matching1 + Diplexer/Switch)是1.5 dB ,這樣就表示我Matching1 的 Insertion Loss 是 1.5 dB - 1 dB = 0.5 d。我用算的就好，為啥還要把Matching1放到裸版去量Insertion Loss當你IC焊到PCB時，其Insertio

12、n Loss 會比Data sheet大，如下圖50 Ohm50 Ohm?也許Diplexer跟Switch的組件本身，阻抗確實如 Data sheet所標示，為50奧姆但是，一但焊在PCB 上,就很難講。首先，走線跟Pad接合處，就已經(jīng)是一個 阻抗不連續(xù)面，如下圖:再加上PCB的寄生效應(yīng)之類，以及Layout因素，此時阻抗一定會偏離 50奧姆。 換言之，就算你組件本身 50奧姆，但焊在PCB上之后，就未必50奧姆。在此 情況下，一定會有 Mismatch Loss。因此IC焊到PCB時，其Insertion Loss 之 所以比Data sheet大，主要原因就是來自 Mismatch Lo

13、ss的貢獻。所以你不能直 接用 Diplexer/Switch 的 Data sheet 來計算 Insertion Loss。Q.那這樣我直接用裸版調(diào)Matching1 ,然后確保其阻抗在50奧姆附近，Insertion Loss也很小，這樣Matching1就調(diào)好啦，為啥要先用有組件的PCB去調(diào)，然后調(diào)好后再用裸版驗證Insertion Loss ，這不是很麻煩?就算你用裸版單獨調(diào)Matching1 ，調(diào)到50奧姆。但實際上你把 Diplexer/Switch包含進來后，其阻抗未必50奧姆，如下圖:WiFi因為如前述，走線跟Pad接合處，就已經(jīng)是一個阻抗不連續(xù)面 ，加上PCB寄生 效應(yīng)，以

14、及Layout因素，即便Diplexer/Switch 的Data sheet標示為50奧姆， 但焊在PCB上,就不會是50奧姆了。這樣的話，一旦你把Diplexer/Switch 包 含進來后，Match in g1還是要再做微調(diào)。既然如此，那干脆一開始就直接把Diplexer/Switch 包含進來，此時去調(diào) Matching1 ，是最快最準的方式 。不要忘記，實際上eLNA(External LNA)或接收機的輸入阻抗，是從Connector 一路看進去，不是只取決于單一匹配電路。既然如此，當然要把Diplexer/Switch包含進來。Step2.拿有上件的PCB,如果是Switch

15、,就額外供給 Vcc跟控制訊號,把Switch 開啟,Portl 接 Connector , Port2 接 Pre-SAW 輸出,調(diào) Matching2 ,調(diào)到 50奧姆。Pre_SAW當然，還是一樣，Matching2調(diào)到50奧姆后，要再用裸版驗證其Insertion LossQ.可以調(diào)Matching1嗎最好不要，因為Matching1也會影響到 WiFi,所以一旦 Matching1調(diào)到50奧姆，Insertion Loss 也很小，就確定下來，不要再去更動。Step3.拿有上件的PCB,如果是Switch ,就額外供給 Vcc跟控制訊號,把Switch開啟,Portl 接 Conne

16、ctor , Port2 接 eLNA 輸入,調(diào) Matching3 。21Author : Criterion#Author : Criterion注意!此時Matching3，就未必是調(diào)到330一0 urto s<Do_o 也 on50奧姆，通常LNA的廠商，會提供你所以此時你要把 Match in g3 ，調(diào)到Noise Figure最低的阻抗點，而非50奧姆Q.但偏離了 50奧姆,因為 Mismatch Loss ,連帶Insertion Loss 定會變大,你剛說一組Matchi ng的Loss如果偏大,再怎樣都不能用。那我該如何衡量這組Matchi ng能不能用？這是個好問題

17、，我們用下圖解釋50 Ohm system1 dBPort 1Non 50 Ohm system因為網(wǎng)分是50奧姆系統(tǒng)，所以當你Matchi ng 3偏離了 50奧姆，量出來的Insertion Loss 當然會偏大（Mismatch Loss 的貢獻），例如1 dB。但是LNA非50奧姆系統(tǒng)，故此時Matching3對LNA來講，其Loss就不一定是1 dB,也許比較但還是要謹記剛所提及的原則，Matchi ng的Loss不宜過大，假設(shè)你今天Matching3，用50奧姆系統(tǒng)的網(wǎng)分看，其Loss是5 dB。你覺得有可能，對非50奧姆的LNA來講，其Loss就縮減為0.3 dB嗎?當然不會啊，

18、針對Matching3 ，即便50奧姆系統(tǒng)網(wǎng)分量到的Loss，跟非50奧姆系統(tǒng)LNA看到的Loss不同，但Loss越小越好，都是不變的原則。尤其是 （串聯(lián)電感+并聯(lián)電容）這種組合，更要特別注意。所以Matching3 ,調(diào)到Noise Figure最低的阻抗點后,一樣要用裸版去驗證其In serti on LossQ.為啥不是調(diào)Matchi ng2因為Matching3離LNA最近，所以影響LNA最大。因此，使阻抗座落在 LNA之Noise Figure最低之處，這個任務(wù)，由Matching3 來完成。Matching2 只要確保50奧姆，Insertion Loss不要太大，這樣就可以了。2

19、3Author : Criterion24Author : CriterionQ.我光Match in g1到Matchi ng3 ,就花這么多時間,我后面還有 Matchi ng4跟Matching5 ,這哪作的完？LNA之前,是最關(guān)鍵的,所以基本上而言,Matching1到Matching3作完就差不多了，Matching4跟Matching5，不是那么重要。我們以Noise Figure公式說明，如下式F +I ,兀+G 丄 G© GGG*由上式可知，LNA輸入端的Loss，也就是F1，是最關(guān)鍵的因此擺放eLNA時,肯定是離GPS天線越近越好，以減小F1，如下圖GPSGPSAN

20、TRightANTWrong因為為了避免干擾，GPS天線會遠離主天線，而主天線又會靠近接收機，再加上我們把eLNA，靠近GPS天線。換言之，eLNA到接收機的走線會很長，但由NoiseFigure公式得知，eLNA到接收機的走線，其Loss會被eLNA的Gain稀釋，故就算走線很長，Insertion Loss很大，其實對于整體靈敏度，并無啥太大影響。 即便 Matching4 跟 Matching5 不調(diào)，以至于阻抗會有 Mismatch Loss ，連帶使得 Insertion Loss 變大，但因為已經(jīng)在 eLNA 后面，所以對靈敏度不會有啥影響。 如前述， eLNA 到接收機， 這么長

21、的走線， 這么大的 Insertion Loss ，都沒在怕了， 又何須太擔心 Matching4 跟 Matching5 呢 ?所以 ，坦白講 ， Matching4 跟 Matching5 ， 是錦上添花 ，好上加好 ，通常是你想 讓靈敏度再更好 ， 才去調(diào) 。如果做完 Matching1 到 Matching3 ，其靈敏度你可以 接受 ，那當然 Matching4 跟 Matching5 就不用調(diào) 。反之 ，如果你調(diào)完 Matching1 到 Matching3 ， 靈敏度還是很爛 ， 那 Matching4 跟 Matching5 ， 也是救不了你 ， 那就更不用調(diào) 。所以，其實到 S

22、tep3 就可以結(jié)束 ，不過若你想進一步提升靈敏度 ，那當然可以再 調(diào) Matching4 跟 Matching5 。25Author : CriterionStep4.拿有上件的PCB,如果是Switch ,就額外供給 Vcc跟控制訊號,把Switch開啟,eLNA也是額外供給 Vcc,使其開啟。Portl接Connector , Port2接Post-SAW輸出，調(diào)Matching4，調(diào)到50奧姆附近Pre.SAWeLNAPosLSAW當然，還是一樣 Matching4調(diào)到50奧姆后，要再用裸版驗證其Insertion LossQ.可以調(diào)Matching3嗎當然不行，剛說Matching1

23、Matching3是最重要的，Matching4 跟Matching5只是好上加好，既然你Matching1Matching3都調(diào)好了，就不要再更動。你何必為了不那么重要的Matching4 跟Matching5 ，去更動你最重要的Matching1Matching3 ?再者，Matching1Matching3，是 eLNA 的輸入阻抗，你這邊一動，其eLNA的輸入阻抗，就未必是Noise Figure最低的阻抗點，進而 劣化靈敏度。Step5.若軟件已就緒，其接收機可以開啟，拿有上件的PCB,如果是Switch，就額外供給 Vcc跟控制訊號，把Switch開啟。eLNA也是額外供給 Vcc,使其開啟。然后用軟件方式讓接收機開啟，Port1接Connector ,調(diào)Matchi ng5Port 1;PortSReceiver注意! 同Matching3 般，此時Matchin