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标题: WCDMA ACLR(邻道泄漏比)受到那些因素影响 [打印本页]
作者: lize314    时间: 2015-1-28 15:34
标题: WCDMA ACLR(邻道泄漏比)受到那些因素影响
   在测试WCDMA频道的手机模块时，发现线损的补偿值不正确时，ACLR的指标很差，基本都不合格，然后拿了标准模块进行对比，修正了补偿值，将补偿值由-1.5dB调整为-3.3dB，这是ACLR的指标就很好。1 I  k+ @4 W  q/ j( |% i6 k$ ~
   我怀疑ALCR是不是受到输出功率影响，之前由于补偿值较小，实际上此时模块的输出已经超出了要求范围，相当于起控了，导致ACLR指标变差，对这样机制原理还不是很清楚，请大神帮忙解答，谢谢！
+ I; r% W, R' E' n, B
作者: criterion    时间: 2015-3-8 16:32
本帖最后由 criterion 于 2015-3-8 16:42 编辑 # y. _" u  n, J! R- {& k
% q1 ~8 ?  c/ q/ \: r" m8 X+ m
ACLR肯定是受输出功率影响啊
* p6 S5 @( j2 O( d, G+ f4 c! ~: J& ?6 m7 ]* A' l: `1 H

+ K' t0 e; S  I" O  B- {% {! F, w3 x$ `- ~+ A

5 k/ q5 q8 {. n7 Q* K/ _( x  Q# W9 m8 n* t- c7 D
1.     当你输出功率太大   会使PA操作在饱和区  产生非线性效应
5 `0 d# i! t! t  ~4 J4 w
$ Y9 q  t. g' y" f; \/ Q7 N4 W& n! H

/ f' f- ~$ q/ d1 h5 C
* D8 O2 @! S" A0 W& X! w3 L
# T% {: K  N7 z  @  |: L9 ]
3 ~% m# H  n, d/ e5 @
而非线性效应，会衍生许多噪声，例如 DCOffset，谐波，以及IMD(InterModulation)，如下图 :
+ ?7 r. b3 p0 O% H
$ n; l6 O& |/ ~9 Z  V) r
3 h. y9 v  C" S/ Z0 Y+ m7 T: P

4 e) x2 L7 {' M8 A  s/ }! u
而三阶的IMD，即IMD3，其带宽会是讯号的三倍 因此会使两旁频谱上涨
/ E! b- s* A. i4 v  ?3 u) {
$ @/ Z! E, K6 f% |9 _
! x& w% _, ^% f0 O+ H

& N3 v+ ^8 J7 |- u

2 b' F$ L& P. p& u, Q
而IMD3   又牵扯到IIP3   IIP3越大   其产生的IMD3就越小  
所以简单讲  ACLR就是TX电路IMD3的产物
测ACLR  等于是在测你TX电路端的IIP3
4 |' j# _% w; x) j) Q

! E3 H/ b$ r% `, s: c6 T
$ y7 \9 Z, N- w% W* L
由上式可知  如果输入功率小   使PA操作在线性区
或是这颗PA的IIP3够大   那么ACLR就可以压低; f7 o5 R$ |# R4 a- h- z) ]
, K/ D( ~# {3 l5 w. ^

3 b- W0 Y5 y6 O  p# C! {5 x4 o% A) n# t6 X0 _

* H3 ~7 p- r, P0 [4 N, q% |5 i3 ~) s0 j& S' n
/ w" s% `0 g: r7 {. A2 k3 i  i) ]5 h

! h/ T7 @8 @/ L  y9 L$ X2 r6 M4 z9 `/ c* m/ q
2.      
另外  厂商多半会有PA的Load pull图

1 s. L5 L+ H  Q" G, ~
, M/ o, L9 R4 a4 e0 X
# A! z$ f! M# D5 s% w- M4 |$ B
8 e! z( }  D1 G0 e
由上图可知  ACLR跟耗电流是Trade-off
这是因为PA的线性度与效率  是反比的
你ACLR要低  那就是IIP3要高  线性度要好  因此效率就低  耗电流就大
反之  你要耗电流小  那就是牺牲线性度  ACLR就会差
所以一般而言  调PA的Load-pull时  多半就是调到最常用的50奥姆
以兼顾ACLR跟耗电流
$ _; Y+ |1 |& m, W$ x. t* z
) I; Z- d1 L4 ]5 p

  C3 h( r' U' H6 b
3.     WCDMA的TX是BPSK调变   非恒包络
因此其PA须靠Back-off   来维持线性度
   当然  Back-off越多  线性度越好(但耗电流也越大)
" C6 `6 i8 b$ A7 u3 v2 G2 L" ]
* F( W2 t. x% G1 o

6 y& p. J$ b  p$ m! v2 x( G/ v

- F4 U% [7 I: o) T" p# S4 x  q
而WCDMA的方块图如下

# h% l# W* G) H% N2 \$ m! l5 v! z2 h& T
; {; F- A9 C% v
0 y4 h3 s6 Z/ L: \
PA输出端的Loss  例如ASM,Duplexer, Matching, 走线的InsertionLoss
统称为PostLoss
如果你要达成TargetPower(例如23.5dBm)
一旦PostLoss越大   意味着你PA的输出功率就越大  如下式跟下图 :
/ I% s. x3 i! m" c6 d+ s- K9 k& D

8 \9 E) @) W2 i, c

/ }7 I' Z  _$ }8 Q  F( g

' t. Q: d/ v. j; G+ L9 b
0 j3 r& y6 A! O9 c: `, U: I9 w
如果PA输出功率打越大   那就是Back-off越少  越接近饱和点   
当然其线性度也越差   其ACLR会跟着劣化3 U# V& ~7 b( ?! l& S

  L/ \) v4 d; C! L. E8 s* c
8 [8 h: V+ u5 v5 y6 H' H

  {: e" }" u% R; {* {8 K4 ]' z. y, a; W& h" W* q

2 p' R8 L1 p# C5 [/ }9 B  J: j: Y
5 A8 N1 {' Y: c( y. E, Q: i$ H+ n

/ v* l! w! f' F$ l3 i% @2 J" W
4.      

& b7 t3 ?$ w% Z. O
& O8 y# H0 A3 w" G, O
由上图可知  PA的input  同时也是DA(Driver Amplifier)的Load-pull
如果PAinput的阻抗  离50奥姆太远
亦即此时DA的线性度不够好  ACLR就差
加上PA是最大的非线性贡献者
如果PAinput的ACLR已经很差   那么PA out的ACLR  只会更差
一般而言   一线品牌大厂，其PA输出端 正负5MHz的ACLR，
都要求至少-40 dBc，
. p- l/ s) `9 Y  L+ I: e6 a: f
. M7 q" s* U: j; M  [
3 j- e( Y8 O5 i# x

8 m; s' Q+ T, C% h' O2 F# l
亦即表示PAinput的ACLR  至少要小于-50 dBc
(由于DA的输出功率  远小于PA输出功率  因此ACLR也会来得较低
再次证明ACLR与输出功率有关)
, w8 c% O$ R  J" C
6 K* S) v; t+ J( b

; y6 ?1 I  [* n# B$ g
5.      
LO Leakage跟DA产生的2倍谐波，有可能会在PA内部，产生IMD3
进而使ACLR劣化。
; q: H$ P1 Z/ i+ T# h( F' h3 ]

# k+ a2 k& ^' c9 B1 J7 N2 d" \, T
所以若在PA前端，先用SAW Filter把2倍谐波砍掉，
可降低其IMD3
进一步改善ACLR。

" f! Z* a. s& B( U. S' g2 m
; Y  D: h1 n& P
而若滤波器的陡峭度越好，则越能抑制带外噪声，
因此理论上，使用BAW的ACLR，会比使用SAW来得好。

! I2 {% i# T4 G, y

3 Q& `& {1 X; }1 v) g3 i, ]# q
! P3 T3 P& }/ B5 L# L1 s% l
而FBAR的带外噪声抑制能力   又会比BAW来得好

$ U. ~1 [/ ^5 ?+ I. A: j
! m( U2 P3 j: ]& `3 H# a# ?

; R% B1 j' t" `: y0 `
当然，有些平台，在PA前端，是没加SAW Filter的。
: z1 C. M% f1 Z0 G
而拿掉SAW Filter之后，其ACLR也不会比较差。
3 g2 M5 X1 Q4 X  q1 P
6 B/ {. {* A* r! P! I2 J
* A5 d* F* m+ O1 i9 P) @+ I: I+ Z
这是为什么呢? 其实由以上分析可以知道，
. P+ X& V0 n( E; z2 _
PA前端的SAW Filter，之所以能改善ACLR，
主要原因是抑制Transceiver所产生的Outband Noise(包含谐波)。
1 ~- T  J4 D9 Q4 K! p2 c- P
换言之，倘若Transceiver的线性度够好，所产生的Outband Noise很小，
其实PA前端是可以不用加SAW Filter的，

5 h9 ~% u9 P/ q: Y0 [% @5 e& x9 c7 P; B0 G

' n: W8 m* h8 h* ?: N
+ M4 t! Y5 }7 \! j) K* L+ A8 `! C- N. d; o4 u9 m9 Y* m+ \

& B8 w4 G4 M3 Y$ u4 \% {3 F4 g, P
( `5 n& l- C+ }& J$ _1 O/ ^
但要注意  虽然PA前端的SAW Filter可抑制带外噪声，改善ACLR，
但若其PA输入端SAW Filter的Insertion Loss过大   
意味着DA需打出更大的输出功率  以符合PA的输入范围
(若低于下限   则无法驱动PA)   如下式 :

$ n0 l+ S& |+ _3 U' e% e( f9 p: K

! u0 G; V' _% V9 V; {8 d4 ?7 C) H
而不管是PA, 还是DA, 若输出功率越大，则ACLR越差， 如下图 :
/ J) m' Q- ^8 ]) R. G! T' M% o" Z3 v# ]
( f1 a$ r+ I2 B7 v5 e
若DA输出功率大   使得PA输入端的ACLR差
那么PA输出的ACLR  肯定只会更差
当然   若用FBAR  既可抑制带外噪声 Insertion Loss又小  是个风险低的方案
但成本不低

+ m/ x8 P6 n2 G0 F% V3 E  D
2 p3 T& `& E0 I4 b) }: {

# g2 [, x" W9 M9 a3 r
6.     由下图可知  Vcc越小   其ACLR越差
: b7 b" z  d5 n6 W
! ?* r3 L+ X5 _- y" ]* {

( q; v3 b, b; g  f* X6 @5 L6 N
这是因为  放大器在闸极与汲极之间，会存在一个既有的寄生电容，又称为米勒电容，
即Cgd, 如下图 :
* C# g5 H$ p6 p$ \! S7 d

/ y; X" f0 I. a3 I( t* L2 l4 I" p
2 Z4 t9 {1 J' v8 ?! r1 Q' r+ W

9 K0 ~6 y2 B7 `1 s+ x
! F8 f. p9 C3 u8 v) V! `1 q
3 u+ U1 j  ~# T9 ?( F4 \% R6 }
而当电压极低时，其Cgd会变大。

  U* `$ `3 z5 i5 V& h
                        
, r$ J: Q7 Z# M0 Z4 I3 e* a
上式是Cgd的容抗，当Cgd变大时，则容抗会变小，
* }6 x% a8 P; |+ U1 _6 g因此部分输入讯号，
+ |7 i2 ~' T2 M会直接透过Cgd，由闸极穿透到汲极，即上图中的Feedthrough现象，导致输出讯号有严重的失真
0 W3 O, P. d) m' h简单讲  低压会让PA线性度变差
6 [7 l( o: }& ~) S" ?8 @因此若Vcc走线太长或太细   会有IR Drop  使得真正灌入PA的Vcc变小
9 w3 \& p/ ^* W, {* \) W. P2 q那么ACLR就会差1 D4 _$ [, z, W# w
当然  除了PA电源   收发器的电源也很重要% h4 w5 f# S" C' W
否则若DA的电源因IR Drop而变小    使得PA输入端的ACLR变差( b5 h+ w8 ~8 o
那PA输出端的ACLR   只会更差' A& W* c. M7 o) S. H% k- v: ~

  y% X/ E# V1 S! Q2 F$ }# ~0 f2 O% ~4 R/ O( e$ l# A

9 R6 A3 o- g6 N- c- V- V( x
: J2 o6 V: i' Q+ T

$ j' o& P. Z' a( |$ F! S& L8 k  i$ h

" E- s5 v  d$ T& |) F5 A$ D/ g4 M) [- j: v/ M' E* Y0 c
$ x) k9 A8 d% b3 n6 ]! F: g) p
! }4 l. k( ?" r' u& B) o
% O" [2 t# N) o
7.     在校正时   常会利用所谓的预失真   来提升线性度
" g( p4 t6 {: O' z# f+ d
+ C5 C: _3 g0 U# C
而由下图可知  做完预失真后   其ACLR明显改善许多
(因为提升了PA的线性度)
+ }/ Q2 }1 _, ]3 j# S: e: X( t' D4 }) J  ?( T. ]
. O7 j' f; q2 {* [( S8 R
. t, n6 x7 }3 G5 c& h
因此当ACLR差时   不仿先重新校正一下0 i* S7 K8 Y. q: n

5 \$ Q( U0 }) d) n/ @& w0 h6 a1 R
2 @. S& v! |0 Q' Q- M8 M
+ H( x& u% s( b5 E, W% K) T: K% K
; L: W3 U. T6 W* w3 ~, Y, H

% Z2 \, w( d2 J( X& n( l. i- G! f4 V, i2 F* y
5 x& i& |/ f2 k' Z- N, d

" R! i9 h9 k2 l2 `* t) o. l
8.     一般而言  PA电源  是来自DC-DC Converter  
其功率电感与Decoupling电容关系如下 :

* O5 M9 B4 b3 P7 t8 _

$ L. V$ z8 h8 p8 @

! r8 y, q2 m0 P6 E
由于DC-DC  Converter的SwitchingNoise   会与RF主频产生IMD2
座落在主频两侧
2 s2 Z  L; s% |3 k
' J& _; K4 G9 ]2 t" G" G/ w$ F% C

, w/ V0 o/ c, H7 g# D( v
虽然IMD2的频率点  只会落在主频左右两旁1MHz之处
理论上不会影响正负5MHz的ACLR
但因为一般而言  DC-DC Converter的Switching Noise
其带宽都很宽   大概10MHz
因此上述IMD2的带宽  分别为5MHz与15MHz
(WCDMA主频频宽为5 MHz)
换言之  上述的IMD2  是很宽带的Noise   
故会影响左右两旁正负5MHz的ACLR
1 n( _" k5 H4 }$ Z) ?2 j
3 f% M2 I8 A( n9 U" r2 X% d

- E3 f; w8 H3 L$ D; C0 P  \
因此   如果能有效抑制DC-DC Converter的Switching Noise
便可抑制其IMD2,进一步改善ACLR
故可利用磁珠或电感   来抑制DC-DC Converter的Switching Noise
如下图 :

' q& ]1 x) r" ?3 W+ O) _8 X
$ p& _+ n7 L) ^( Y; z, t- D# y

" I! C- G. S) i7 a- B4 J/ z1 }
我们作以下6个实验
1 U/ K% D# y7 u" X, y' `+ ~1 x
9 M7 u8 H" C- F1 E3 Y5 f/ {" G: b0 I

$ m. h3 |( x  m: E5 x: V0 q
1 z2 c  q# V9 A+ [7 o4 X/ C8 G: L8 S. W$ C3 d
8 X: M7 e' E) s  G9 b6 U, r

8 G* f) K/ d1 {, }+ n! l0 r7 l7 ~
: \- G9 s2 N2 J3 k. e1 E
就假设DC-DCSwitching Noise为1MHz
我们可以看到  在Case2, Case3,  Case4
其1MHz的InsertionLoss都变大  
这表示在DC-DC与PA的稳压电容之间   插入电感或磁珠
对于Switching Noise  确实有抑制作用
而由下图可知   其WCDMA的ACLR   也跟着改善
由于Case3的InsertionLoss最大   因此Case 3的ACLR也确实改善最大
: F7 {% J% d# Z% p  _& K

9 W- e4 [4 o- c  U/ c. i8 o1 L) l7 u! `

1 g$ z: B6 _5 t2 b" o, l+ Y( d
) G  ]3 S0 I9 f6 b

% }' y6 d, e( e% |! U+ [' n8 X5 j, W# s5 s5 B

/ [2 J9 F3 ?; ]' a) C; e- Q! _- ~! m; ?/ X( d( c
9.     承第8点  DC-DCConverter的稳压电容   与PA的稳压电容
绝不可共地   因为该共地   对DC-DC Switching Noise而言
是低阻抗路径   若共地
则DC-DC Switching Noise   会避开磁珠或电感
直接灌入PA  产生IMD2  导致ACLR劣化
换言之   共地会使第8点的磁珠或电感   完全无抑制作用
$ w  }2 b- p4 x! ]8 H. w( i& P* Z2 c. Q& w
3 c1 a5 H2 y! a0 i! s; `: Q( B

4 d* q. q' p! [0 @+ \. _
: O2 N% Y* X. Q$ c
而功率电感, 磁珠或电感的内阻   也不宜过大   否则会产生IR Drop
使PA线性度下降  ACLR劣化
/ Y: l: U* c7 \' u: b

% z* j- n, H5 |. _  [# |6 z! k1 Q* _& A/ O( C4 p

: v4 t5 D5 R$ `* B( N1 P8 Z
% k9 d7 w9 g6 {5 ?$ o$ H7 x- u6 p, u) n

$ m9 K0 X0 Q3 |, t; ]- }
因此总结一下   ACLR劣化时   可以注意的8个方向

6 p& x6 L2 M" n; x9 c5 ?
1.     PA输出功率
2.     PA Load-pull
3.     PA Post Loss
4.     PA的输入阻抗
5.     PA输入端的SAW Filter
6.     Vcc的IR Drop
7.     校正
8.     DC-DC converter Switching Noise
- x: r' H! A$ ~$ y9 W7 n5 _
+ c& ]/ q% |: F  c# F  p

8 w$ a4 `5 q) s$ {- \7 M2 \
其他详细原理   可参照  
. d$ e9 F3 r3 _# D" d* O. S EDA365藏经阁 › 上集_磁珠(Bead)_电感(L)_电阻(R)_电容(C)于噪声抑制上 ... ›
, W4 N2 a# _7 k( Y6 X" ` EDA365藏经阁 › 中集_磁珠(Bead)_电感(L)_电阻(R)_电容(C)于噪声抑制上 ...  
+ |$ S& k! d' ]( Z: B, SEDA365藏经阁 › 下集_磁珠(Bead)_电感(L)_电阻(R)_电容(C)于噪声抑制上 ...9 v" r8 P8 ?$ G1 K& z* N
射频微波/天线技术 › WCDMA零中频发射机(TX)之调校指南与原理剖析
* X2 ^$ C' N1 F$ v; V* C2 [2 z0 _! F' {( G; T) }5 ~
  在此就不赘述
  g9 n- O6 P( Z* |

" D( Z) u0 [  `* j) M/ T& T
8 b* n1 K+ i# Z  t, R' I/ e3 G$ u/ T" n+ i' w( e4 I
作者: lize314    时间: 2015-3-9 09:14
criterion 发表于 2015-3-8 16:328 k0 k% C: }% G2 \0 c% W8 l- |
ACLR肯定是受输出功率影响啊

# v$ z% [1 d. Z9 y' _8 P谢谢你的解答，我要慢慢消化下，非常感谢！
2 w" a0 N: Z' i" @! a6 V2 H
作者: criterion    时间: 2015-3-9 14:08
本帖最后由 criterion 于 2015-3-9 21:12 编辑
& V" Y5 ~& P- S9 l1 v
[url=forum.php?mod=redirect&goto=findpost&pid=871990&ptid=105457][/url]
3 n# ]3 c% h1 o0 C7 Y, g) e; T
2 h, }# p  b$ A! i. v

& Y8 m) U  ]: O0 g4 j5 D
# A$ v7 D0 i! T7 H' M& |( y
9 s7 z/ T/ \% K' Q. R  X+ K/ _3 I$ ~( h0 S* ^$ y# t2 J8 x, Q/ w




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