搜索PA下方鋪地不夠，對RF性能的影響
2017-02-17 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
以Thermal 的角度來分析,當你下層有地的時候,PA 散發的熱,可以透過GND Via 導到下層地,先把熱散掉一部分,其余再散到Main GND。
但是,如果下層不鋪地
我們由下圖的公式可知,電阻跟導線長度成正比,
而我們又知道
Layer 1 => Main GND 的GND Via 長度
肯定是比
Layer 1 => Layer 2 的GND Via 長度
還要來的長,這意味著,如果你光靠Main GND 來散熱,那么GND Via 的電阻會變大,(因為長度較長)電阻越大,熱就越不易傳遞。換言之,當你下層有鋪地,熱可以輕易透過GND Via 傳導過去(因為距離短 電阻小)。但下層不鋪地,那么熱就不易透過GND Via 傳導過去(因為距離長 電阻大)。此時散熱效果就大打折扣,最糟情況是熱都傳不過去Main GND,全都積在PA下方。
倘若PA 散熱不好,溫度高,一來是Gain 會下降
Gain 下降,則輸出功率就變小。
二來是溫度一高,線性度就變差。
PA 線性度變差,那就是TX 性能會劣化。
如果是GSM/WCDMA/LTE 這種對輸出功率要求很嚴格的,可能須做溫度補償,使高溫的輸出功率,跟常溫一樣。一但這樣,那情況更糟,因為這意味著,你要打更大的DAC / RGI,來達到Target Power,意即收發器的輸出功率會變大,如下圖 :
而由下圖可知,PA 的input,其實就是DA 的Output[1]:
所以讓DA 的輸出功率變大,意味著DA 的線性度變差。換言之,可能此時PA input 的ACLR, EVM 就已經不好了,再經過PA 這個最大的非線性貢獻者,只會更加劣化[1]。再加上高溫使PA 線性度變差,TX 性能的劣化,就更雪上加霜。
三來是溫度一高,Thermal Noise 變大,RX 靈敏度就會差,如下圖[2] :
當然,GSM 是分時多工,Tx 跟RX 不會同時運作,問題是,有可能RX 運作,TX Off 時,PCB 溫度,瞬間從高溫降到常溫嗎?
當然不可能啊,即便TX Off,但PA 所導致的PCB 溫度升高,會使RX 靈敏度劣化。
四來是XO 會因高溫頻偏,那么就容易有Frequency error 了[3,4]。
第五是倘若雙工器又離PA 特近,那主頻功率會大幅衰減[5]。因為Duplexer 的頻率響應,是會隨溫度而有所變動,如果離PA 過近,散熱又不好,一旦高溫使
其頻率響應有所偏移,那么很可能主頻的功率,會大幅衰減。
尤其是像FBAR 這種Outband 砍比較深的,更會有這種現象。
第六就是VCO 的Phase Noise 會因高溫變大,如下圖 :
而由下圖可知,Phase Noise 大,會提升訊號的Noise Floor,意即信噪比會下降,
而信噪比又與EVM 成反比,如下式[6] :
意即信噪比的下降,會導致EVM 的劣化。
Reference
[1] WCDMA 零中頻發射機(TX)之調校指南與原理剖析, EDA365
[2] GSM 射頻接收機靈敏度之解析與研究, EDA365
[3] 晶體振蕩器(XO)與壓控溫補振蕩器(VCTCXO)之比較, EDA365
[4] TCXO, Temperature Compensated Crystal Oscillator
[5] 雙工器(Duplexer)之Layout 注意事項, EDA365
[6] WCDMA 之零中頻接收機原理剖析大全, EDA365
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