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标题: WCDMA之ACLR劣化之因素 [打印本页]
作者: criterion 时间: 2015-3-8 16:55
标题: WCDMA之ACLR劣化之因素
本帖最后由 紫菁 于 2017-9-29 14:34 编辑 ( ^3 h3 w" k2 Z3 B: ]9 z `- b
+ y' u. v* T# O/ {5 I# o
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
7 z2 b( [, n7 f6 J
+ o( |/ P# }2 J* x3 J% B, R
5 e- l! F- R1 G0 W+ N9 T5 D& ~6 Z
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 :
# k& G: _0 G% B* ?0 y. s( p. c, u& z
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
" W& @, v E1 U9 U4 `; W; y0 i8 E2 A- L! `
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
) E W4 d0 g5 @- x& e' l8 C- D+ @& ^
: i0 ]1 I! Z' E- N, P: E
7 V o- p9 A& s/ {4 }
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* W/ u4 g7 U4 V
3 n, _6 @, j' k( Y) `) B& a
" T, f- v, l3 I3 s
2.
另外 厂商多半会有PA的Load pull图
8 R/ C a/ w4 ^* o. G+ e( E7 U* h) [4 |+ U) b
6 S$ Y. x6 H H0 F
/ g. ?$ n1 w" A; G0 u6 Q
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
6 b/ x9 G( u6 Y* B9 I2 H* M; S
+ ?- w8 I" p2 i5 v- C# {
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)
5 U9 I5 ]9 P2 O
当然，有些平台，在PA前端，是没加SAW Filter的。
N! \3 X& b1 \+ d4 y2 H
而拿掉SAW Filter之后，其ACLR也不会比较差。
' {) _. d$ ~; I* x" N& }
/ y) W2 m5 W0 W( e* e
7 H& z9 F9 M+ K1 f n
这是为什么呢? 9 [5 b2 R# r& A
其实由以上分析可以知道，PA前端的SAW Filter，之所以能改善ACLR，' _7 J2 Y4 c, p1 \ W
主要原因是抑制Transceiver所产生的Outband Noise(包含谐波)。
) q! P. q# n) ~% c
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 a' _8 W% r0 b
# R) f# x. L2 y' t
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 :
! j. B% c) @6 {/ W4 n6 @' z8 N! ]) s; S" E" [
$ `1 `3 V4 R1 S
而不管是PA, 还是DA, 若输出功率越大，则ACLR越差， 如下图 :
& I3 E8 X/ t( X( _1 @! k+ F
3 A* ^0 Z- R, c5 c8 R
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
& ?( t4 j+ h3 M3 m
: s+ m [4 O5 I0 Z
( o" U+ h+ t5 u1 W7 v
6. 由下图可知 Vcc越小 其ACLR越差
% W- r4 v6 K# d3 \2 C# e Z% Q
! B/ K% I! Y6 J& Z
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 :
, b0 w ]5 q$ J' f* i# V# P- @9 A+ \, i9 ~( r$ A& e
/ A2 D7 t; _; u- V, }4 z: \
而当电压极低时，其Cgd会变大。
6 @: Y0 r' q% z7 a1 j, t
2 X: I) ~: R/ @% {! G
# _# s, b, ]. P( I j) e
上式是Cgd的容抗，
当Cgd变大时，则容抗会变小，
因此部分输入讯号，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
简单讲 低压会让PA线性度变差
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
那么ACLR就会差
当然 除了PA电源 收发器的电源也很重要
否则若DA的电源因IR Drop而变小 使得PA输入端的ACLR变差
那PA输出端的ACLR 只会更差
. m' o' q8 L# X% _3 Q# w5 y
# |: Y0 @0 U1 u/ M6 l3 E! {3 u
. m8 S5 Y/ f3 D6 s0 Q5 `
7. 在校正时 常会利用所谓的预失真 来提升线性度
# c. Q2 s+ n" d6 \( n+ x5 I2 e# f! i6 m" h' B4 v* d
1 _( o. j# j/ Z8 k
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)
. V6 v# @9 T/ u+ j' ?8 b5 ?" X
& Z3 |9 l- _- M2 p
因此当ACLR差时 不仿先重新校正一下% b: j: B, N2 W- S4 J- l1 y
& n' J; K# Y1 z
+ D) N0 d; ~1 C/ O3 ]* x
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 :
5 T& _2 q$ p) n/ \9 V
, @# M3 ?& J7 F8 R+ \! r' N
由于DC-DCConverter的SwitchingNoise 会与RF主频产生IMD2
座落在主频两侧
& Y8 d8 r1 N+ B0 |1 ~9 \; }
/ C7 N. p, ]; K7 z' o
( ^. E. b! F$ }3 |6 n( ?
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
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 :
) ] {8 M6 m: @- i) G. A( w+ r
! T* Z' f, e0 N+ k
我们作以下6个实验
1 @4 C, P, D2 H4 ?7 d9 U
, Y0 b+ X* f/ O8 e; A8 K, ]( [: V6 Z
4 Q R( X3 ]' p+ X
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
. q2 x& c- C, M- @( K% H( N o# g/ p
: _, a5 j. X, m3 x1 l. r3 E
5 i: c9 ]' w+ y" R5 ?# ^% B
# s: f2 z' o( v+ E
% J8 A+ S: y; n9 Q# L' J1 ^0 V9 }1 j
8 S5 z$ |% ]: W# s; @# [
+ k) L$ f0 z! M$ s- @$ W
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
% o; D+ s% O+ D8 [! H& ?+ F
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8 y$ Z) ^- w" g9 t( b% N( u0 g
' e% z, W& O b q
. P% L. N) p4 q0 q4 R$ Q, d. G
6 v4 D: w( y) Z4 a& O: }! z4 s, W8 a+ H
N( ^/ M; J& {. V' Z8 {7 x8 y
因此总结一下 ACLR劣化时 可以注意的8个方向
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
1 D1 o% e" S- R% J) ?. q: j
+ o( [4 W" P" j% U
. ^( e+ h! r4 U- j9 k% e% \, P r& }& x
6 D7 _1 y. l5 W0 W9 S& t& W; H) n9 m* v. U/ r7 q
H. S$ o; f# p7 @
3 j. l2 a% _! O* k/ i U
作者: Xuxingfu 时间: 2015-3-9 10:51
很好的贴，赞一个～
作者: wanglele 时间: 2016-3-31 11:39
好资料啊 谢谢楼主慷慨分享！
作者: hicgq183 时间: 2017-3-23 17:09
好资料谢谢
作者: sunyan0917 时间: 2017-9-21 11:29
好资料，谢谢楼主分享
作者: jzb168168 时间: 2017-10-24 09:59
感谢分享# u# H. q, ]- b' ~+ `: _* f D
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