射频电容(射频电容选型)
下图是典型的ASM架构,内部包含了Decoder,Switch,Tx的LPF,以及Rx的SAW。
而下表是常见 ASM挑选指标,接下来便一一介绍这些指标意义。
Insertion Loss
以 Rx的观点而言,
LNA前的Noise Figure最为重要,对Sensitivity影响最大,因此Insertion Loss越小越好。
而以Tx观点,Insertion Loss越小,越能提升PA的PAE,降低耗电流。
P1dB
P1dB衡量的是ASM的最大功率承受能力,也可说是线性度。以GSM 850/EGSM 900为例,PCL = 5时,Power大概为32.5dBm。然而实际上在做Calibration时,会一并测量PA之最大发射功率衡量硬件极限,多半是34dBm~34.5dBm,因此ASM的P1dB,最好能有40dBm,才能保有最佳线性度。
Isolation
以现在的智能手机而言,涵盖越来越多RF功能,包含GSM, WCDMA, LTE……等,因此集结各RF功能Tx/Rx路径的ASM,其isolation好坏,对于Rx的性能,有着明显影响。
由上图可知,PCS的Tx频率范围,会跟DCS的Rx频率范围,有部分重迭,若ASM的Isolation不够好,则DCS的Sensitivity会受PCS的Tx影响。
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而Insertion Loss与Isolation的计算公式一样,只是一个为On-State,一个为Off-State。
On-State时,理想上是完全短路,毫无 Loss,但实际上不可能,因此以Insertion Loss衡量导通时,Power损失多少。
Off-State时,理想上是完全开路,Loss无限大,但实际上不可能,因此以Isolation衡量断电时,Power泄漏多少。
ESD Rejection
ESD的防护,也是ASM的性能指针之一。原因是以手机而言,静电会沿着外壳缝隙,转为直流讯号,寻找金属路径,若直流讯号流到天线,则可能会沿着弹片,一路流到Transceiver,因此ASM对于ESD的把关非常重要,否则若直流讯号灌入PA或Transceiver组件,轻则影响RF性能,重则零件损坏。
而有些ASM会建议外挂ESD保护电路,型式为串联电容与并联电感,串联电容为DC-Block,并联电感则是将直流讯号bypass到GND。
而有些甚至已经直接内建在ASM里,不需额外的ESD保护电路,省去成本与空间。
IIP2/IIP3 & IMD2/IMD3
当两个频率相近,振幅相等的讯号,进入非线性系统,便会产生所谓的Intermodulation,简称IMD。
即便是被动组件,例如RF Cable、Duplexer、衰减器,也会有Intermodulation现象,称之为 PIM (Passive Intermodulation),何况ASM是集结各RF功能Tx/Rx路径,因此若ASM的Tx LPF与Rx SAW线性度不够好,则衍生的 IMD,对于Rx性能会有影响,造成所谓的Desense或 Blocking。
当然通常最关注的,是IMD3,因为能量最强,且几乎等于Rx接收频率,以DCS 1800与WCDMA IMT为例,若发射给基地台的WCDMA频率(1.95 GHz),与其他手机发射的DCS 1800频率(1.76 GHZ),在ASM中产生IMD3,则将会影响WCDMA IMT的接收性能 (2*1.95 – 1.76 = 2.14)。
因此IMD3至少要小于-105 dBm,才不至于有Desense或Blocking的风险。
互联网小常识:交换机采用两种交换方式技术:快捷转发交换方式和存储转发交换方式。
另外,若Transceiver为零中频架构,则RF讯号会直接降频为Baseband直流讯号,而IMD2的频率范围,正好会座落在直流讯号附近,影响解调结果,因此IMD2也至少要小于-105dBm,才不会使解调结果太差。例如Skyworks的SKY13413-488LF,其IMD2跟IMD3,都至少有-105 dBm。
至于IIP2/IIP3,则表示抑制IMD2/IMD3的能力,亦即IIP2/IIP3大,则表示抑制IMD2/IMD3的能力越好,即所产生的IMD2/IMD3越小。
2nd /3rd Harmonic
讯号经过非线性系统,会产生 Harmonics,
若ASM所产生的Harmonics太强,则会影响接收性能,例如LTE B17的3倍谐波,就会影响LTE B4的接收性能。因此ASM在Tx路径,会内建 LPF。
通常遇到谐波问题时,很多人可能第一步是怀疑是PA造成的。但是,ASM其实本身也会有非线性效应,特别是以GSM 850/EGSM 900,PCL =5时,32.dBm这么大的讯号打入ASM,如果ASM线性度不够好,其谐波必定很强,因此ASM的线性度很重要。
换句话说,谐波不只来自PA的非线性效应,也会来自ASM的非线性效应,若ASM线性度不好,即便PA线性度很佳,一样会有谐波问题,所以ASM也要看P1dB,来判断线性度。
另外,常遇到的问题是,传导谐波Pass,而且值很低,但装上天线,辐射谐波却Fail,可能原因是Load-pull跑到了谐波高的阻抗点。
由PA output,一直到天线弹片,都是Load-pull,而传导测试跟辐射测试,差别为 Connector跟天线弹片间的Matching组件,因此做传导测试时,等于是把Connector后的路径Open,所以天线的Matching组件,不影响 Load-pull,这时Load-pull,处于Harmonics很低的阻抗点,因此传导谐波Pass。
但装上天线后,天线的Matching组件,将在Connector端,Harmonics都还很低的阻抗点,瞬间转到了Harmonics很高的阻抗点,此时辐射谐波就Fail。
以TQM6M4068,即上图为例,紫色是2倍频,橘色是3倍频,很可能在Connector端时,Load-pull都还50奥姆,其2阶/3阶Harmonics都很小。但是把天线的Matching组件加进来后,Load-pull跑到了Smith Chart的第二象限,由图得知,第二象限是高谐波范围,如果再加上 ASM的非线性因素,以及Grounding不好,辐射谐波就Fail了。
另外,天线的阻抗点,常会因弹片组装,而有所更动,因此ASM必须在即便输出端Mismatch情况下,依然保有很小的Harmonics。例如下图,即便是VSWR 5:1的情况下,其Harmonics仍非常低,因此若传导谐波Fail,至少可以先排除 ASM因素。
而由 12页的图可知,其 Harmonics跟相位有很大关系,以 900的 3倍频来说
另外,因为 ASM的切换时间非常快,以RF8889A为例,其总切换时间只有3us,因此若搭配高通平台使用,可透过调NV方式,将切换的起始时间提前,增加总切换时间,以减缓上升曲线,藉以降低Harmonics。
由上图可知,其Harmonics跟相位有很大关系,以900的3倍频来说,Phase为0时,差不多 -38dBm,但phase为75时,却接近-70 dBm,因此有些电路,可能会看到在ASM后,再加一个 Phase Shifter,以补偿天线匹配组件与天线弹片加进来后,所跑掉的相位,使整体相位座落在Harmonics较低处,以降低幅射谐波。
另外由于ASM集结各RF功能Tx/Rx路径,因此Matching时,务必确保ASM到Connector端为 50奥姆,否则所有RF功能Tx/Rx都会受影响。
值得一提的是,也因为ASM到Connector的Matching极为重要,因此做Matching时,尽可能不要直接从ASM输出端看到Connector,来决定Matching组件。
而是一步一步,先决定 Z1,
再决定 Z2,
最后再决定 Z3
原因是当ASM与Connector距离,因为Placement因素而很远时,直接从ASM输出端看到Connector的方法可能风险较高,因为阻抗及相位都可能跑太多,导致不好Tune Matching,而若一步一步来,至少在 Z1, Z2, Z3的决定上,可以较为精确。
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