【無線射頻芯片】-針對(duì)手機(jī)RF電路設(shè)計(jì)的差分散射參數(shù)測試方法

1/1針對(duì)手機(jī)RF電路設(shè)計(jì)的差分散射參數(shù)測試方法在設(shè)計(jì)手機(jī)的射頻電路時(shí)，常會(huì)遇到帶有差分端口的低噪聲放大器、混頻器、聲表濾波器等。圖1是TD-SCDMA手機(jī)射頻接收電路，其中MAX2392的低噪聲放大器輸出是單端的，而MAX2392的混頻器輸入是差分形式的，低噪聲放大器與混頻器之間是一個(gè)單端到差分形式的聲表濾波器和必要的匹配網(wǎng)絡(luò)，在設(shè)計(jì)該匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要知道混頻器輸入端差分散射參數(shù)和聲表的散射參數(shù)，通常網(wǎng)絡(luò)分析儀都不是差分型的。下面以對(duì)聲表的測試為例來說明如何測試差分散射參數(shù)。物理三端口散射參數(shù)在設(shè)計(jì)該手機(jī)的射頻電路時(shí)，我們選用的是Epcos公司的LH46B聲表面波濾波器，Epcos公司供應(yīng)了一塊評(píng)估板，如圖2所示，端口1為單端型輸入端口，端口2、3組成差分型輸出端口。在評(píng)估該器件時(shí)，先將其視為一般的三端口網(wǎng)絡(luò)，用一般的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀很簡單測得其三端口散射參數(shù)，詳細(xì)過程如下：1.端口3接匹配負(fù)載，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測端口1、2的雙端散射參數(shù)，記為SA；

2.端口2接匹配負(fù)載，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測端口1、3的雙端散射參數(shù)，記為SB；

3.端口1接匹配負(fù)載，用網(wǎng)絡(luò)分析儀測端口2、3的雙端散射參數(shù)，記為SC；

4.物理三端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)ST為等式(1)所示：一般來說，差分端口并不是抱負(fù)的，通過討論上面得到的物理三端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)ST會(huì)發(fā)覺：抱負(fù)狀況下，端口1加一點(diǎn)頻激勵(lì)信號(hào)，在端口2與端口3應(yīng)得到大小相等，相位差180度的信號(hào)，也就是說在端口2與端口3上得到一個(gè)差分信號(hào)，實(shí)際上在端口2與端口3上還存在著大小與相位都相等的信號(hào)，即共模信號(hào)。若將差模信號(hào)看作一個(gè)端口，共模信號(hào)看作一個(gè)端口，再加上原來的端口1，這樣就組成了一個(gè)新的三端口網(wǎng)絡(luò)，稱為模式三端口網(wǎng)絡(luò)。模式三端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)現(xiàn)在的問題是該如何由物理三端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)導(dǎo)出模式三端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)。聲表器件屬于無源網(wǎng)絡(luò)，且不含有各向異性介質(zhì)材料，其散射參數(shù)必定是互易的，就是說物理三端口網(wǎng)絡(luò)僅有6個(gè)獨(dú)立參數(shù)。差模與共模信號(hào)只是端口2與端口3信號(hào)的線性組合，所以模式3端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)也必定是互易的，即只有6個(gè)獨(dú)立參數(shù)(E3)。觀看圖3可以看到端口1在兩種散射參數(shù)信號(hào)流圖中未變，故：SM22是反映有端口1來激發(fā)出差模信號(hào)力量的參數(shù)，依據(jù)差模信號(hào)的定義，它應(yīng)是ST12與ST13的差，考慮到差模端口等效為將端口2與端口3串接起來，故其此時(shí)特征阻抗已是原來兩倍。假定端口2信號(hào)的相位為差模信號(hào)相位，這樣可以得到：SM33是反映有端口1來激發(fā)出共模信號(hào)力量的參數(shù)，依據(jù)共模信號(hào)的定義，它應(yīng)是ST12與ST13和的一半，考慮到共模端口等效為將端口2與端口3并接起來，故其此時(shí)特征阻抗已是原來一半，這樣可以得到：SM22，SM32分別是反映端口2與端口3在等幅反信任號(hào)激勵(lì)時(shí)，在反射波中產(chǎn)生差模重量與共模重量力量的一個(gè)量，將物理三端口網(wǎng)絡(luò)的端口1接匹配負(fù)載，端口2加激勵(lì)信號(hào)：端口3加激勵(lì)信號(hào)：這兩個(gè)激勵(lì)信號(hào)合起來等效為在差模端口加激勵(lì)信號(hào)：現(xiàn)在分別計(jì)算端口2與端口3反射波中差模與共模信號(hào)成分，它們?cè)跀?shù)值上應(yīng)分別等于SM22，SM32，值分別是等式(4)、(5)所示。SM33是反映端口2與端口3在等幅同信任號(hào)激勵(lì)時(shí)，在反射波中產(chǎn)生共模重量力量的一個(gè)量，將物理三端口網(wǎng)絡(luò)的端口1接匹配負(fù)載，端口2與端口3同時(shí)加激勵(lì)信號(hào)：這兩個(gè)激勵(lì)信號(hào)合起來等效為在共模端口加激勵(lì)信號(hào)：現(xiàn)在來計(jì)算端口2與端口3反射波??模信號(hào)成分，它在數(shù)值上應(yīng)等于SM33。其值見等式(6)：綜合等式(2)至等式(6)，可以得到完整的模式三端口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)，整理后得到等式(7)：需要特殊留意的是此處得到的該散射參數(shù)各端口并不是利用統(tǒng)一的特征阻抗作歸一化，假定端口1的特征阻抗為Zo，則端口2(差模信號(hào)端口)為2Zo，端口3(共模信號(hào)端口)為Zo/2。共模抑制比MAX2392是一個(gè)零中頻的射頻接收機(jī)，為解決本振信號(hào)的泄漏問題，MAXIM公司采納了差分形式的混頻器，從圖1看到當(dāng)共模形式的本振信號(hào)有混頻器輸入端泄漏出來時(shí)，聲表會(huì)對(duì)此產(chǎn)生抑制(此處回避了匹配網(wǎng)絡(luò)的影響)，這兒可以定義共模抑制比如下：該共模抑制比反映了泄漏到天線端口的本振信號(hào)大小，該共模抑制比越大越好。討論圖3所示的散射參數(shù)信號(hào)流圖，我們發(fā)覺還有另外一種共模到差模的轉(zhuǎn)換形式：該共模抑制比優(yōu)劣與直流偏移量有關(guān)。本振信號(hào)通過空間輻射等途徑耦合到LH46B差分端口應(yīng)是共模信號(hào)，該共模信號(hào)經(jīng)LH46B反射后產(chǎn)生的差模信號(hào)會(huì)直接加到混頻器輸入端，從而與本振自混頻產(chǎn)生直流。該共模抑制比越大越好。差分端口匹配問題通過將物理三端口網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為模式三端口網(wǎng)絡(luò)，可以特別便利設(shè)計(jì)其輸入輸出匹配電路。一般狀況下，共模端口影響較小，在設(shè)計(jì)匹配電路時(shí)認(rèn)為它始終接匹配負(fù)載，這樣原有的三端口網(wǎng)絡(luò)就變成了模式2端口網(wǎng)絡(luò)(端口1與差模端口)，利用簡潔的雙端口匹配理論即可解決該問題。模式2端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)如下：為便利敘述，我們稱端口1為源端，端口2為負(fù)載端。一般狀況下中頻聲表的匹配電路設(shè)計(jì)都屬于窄帶匹配，也就是說只要考慮其中心頻點(diǎn)處匹配就可以了；射頻聲表往往要掩蓋較寬的頻帶，匹配電路相對(duì)簡單些，所幸的是一般射頻聲表不需做什么匹配。此處MAXIM的混頻器輸入阻抗為200Ω，需要檢驗(yàn)一下EPCOS的聲表平衡端是否為200Ω，等式(11)至(23)將給出最佳源端與負(fù)載端阻抗：圖4、5是依據(jù)LH46B測試數(shù)據(jù)計(jì)算出的最佳源端與負(fù)載端阻抗曲線。有圖4與圖5可以看到在TD-SCDMA頻段(2,010MHz~2,025MHz)內(nèi)，最佳源阻抗與負(fù)載阻抗變化較大，故難以用簡潔電路實(shí)現(xiàn)雙端共軛匹配。觀看最佳負(fù)載端阻抗實(shí)部曲線，發(fā)覺其阻抗有頻段低端的220ohm始終變到頻段高端的40ohm，這里取其幾何平均值作為最佳負(fù)載阻抗，而對(duì)于源端不作匹配：利用SMITH圓圖工具，可得到圖6的匹配電路。由于MAX239