RF接收路径的匹配流程----以GPS为例

1、Author : Criterion调Matchi ng前,至少准备两块板子一块完整PCB,有上全部零件 :1Author : Criterion#Author : Criterion#Author : Criterion#Author : Criterion块裸版，完全都没上零件#Author : Criterion#Author : Criterion#Author : Criterion匹配前注意事项一铜管很多人忽略这点，但其实这是最重要的，因为你在调匹配过程中，会量S11(阻抗)，跟S21(Loss)。如果铜管这边，该注意的没注意，那么你量到 的S11跟S21，都是错的。更直接一点讲，

2、你所有的匹配工作，都是白费工。1. 铜管长度不宜过长Q.反正我用Port Extension把铜管校掉就好啦不对! Port Extension不是万能的。如果铜管过长，便无法完全校掉，如下图RealIdeal由上图可知，若铜管过长，即便你做完Port Extension ,其阻抗并非完美的一点 Open，而是会拖一段轨迹，那么当你实际上去量PCB时，你量到的阻抗，其实包含了铜管。也就是说 ，此时你量到的 PCB阻抗，是不准的，是有误差的。你 若根据不准的阻抗去做匹配，你调出来的匹配永远不会好而且，不管是PCB走线，还是铜管，都一样，只要长度一长，其50奥姆就会偏掉，那就会导致 Mismatc

3、h Loss。换言之，当你实际去量 PCB的Insertion Loss 时，因为包含了铜管本身的Mismatch Loss ，以至于你量出来的Insertion Loss ，会比PCB实际的Insertion Loss 还大。因此常有人误解，单纯量Insertion Loss ，因为不看阻抗，所以不需要校正。这是不对的观念，你量出来的阻抗错误，会连带使你量出来的Insertion Loss过大。简单讲，只要用到铜管量 S参数，不管是S11,还是S21，Open/Short/Load 校正跟Port Extension就是要做，而且铜管长度不宜过长。3Author : Criterion2.

4、铜管要弯折后，再做Port Extension 。因为实际上，你在做匹配时，铜管可能会弯折4Author : Criterion#Author : Criterion如果你还没弯折时，就先做Port Extension ，如下图左，即便此时你的阻抗是完美的一点Open，但是当你把铜管弯折后的一点Open ，如下图右:，其阻抗会偏，亦即此时阻抗并非完美#Author : Criterion你一开始就未把铜管给校掉，亦即你量到的PCB阻抗，是不准的，是有误差的你若根据不准的阻抗去做匹配，你调出来的匹配，永远不会好。所以应该是，先在裸版上，把铜管弯折到你方便焊接的角度后，再去做PortExtensi

5、on，直到其阻抗是完美的一点Open，如下图:此时才可以开始去做匹配的工作。当然，一旦你作完Port Extension之后，你这铜管，就不能再弯折。简单讲，作匹配时，你铜管的长度跟弯折，都必须与作Port Extension时完全一 样，否则后面的匹配工作，都是白费工。5Author : Criterion3. 接地要足够有些Pad在板边，如下图，铜管这样焊其实不对，因为没有足够的接地。正确应该如下图所以为啥前面说，实际上在量测PCB参数时，铜管有可能会弯折，原因之一就是，你得确保铜管有足够的接地。4. 接地处要离Pad越近越好Pad越近越好。所以用下图为例,你接地之处，应该是黄圈，而不是红

6、圈,因为黄圈离Pad较近。除了接地要足够，要尽可能大，还有一点，接地的位置，要离8Author : Criterion#Author : CriterionQ.如果黄圈处的地，只有一点点，这样就接地不够。红圈处的地很大，但离Pad很远，要选哪一个？答案是，你两个都选。不管怎样，接地之处，一定要极接近Pad。所以在Pad附近，先找个可以接地的地方，是当务之急。所以像黄圈，不管地多小，你就是要焊锡。如果觉得黄圈的地不够大，那就是再找个可以有足够接地的地方，再作补强，也就是红圈处。否则，不管是地不够大，或是地离pad太远，都会使量出来的Loss过大。如果讯号附近的 GND,实在不好焊锡，必要时可在铜

7、管外缘，多焊一个Pogo pin，以方便接地。10Author : Criterion匹配前注意事项一温度常遇到的状况是，热风枪吹完，电感电容焊上去，马上去量阻抗，却发现怎么调11Author : Criterion#Author : Criterion都跟预期有落差，怎么调都不会50奥姆Temp = 25Temp = 200pH7- - - HFPort 1Port 2、-*-Z-E -这是因为，电感电容的值，会受温度影响。你热风枪刚吹完，就算等到锡凝固了 ， 此时PCB温度也还有200度，此时电容电感值，会因高温而有所误差，量出来 的阻抗，是不准的，你根据一个不准的阻抗，不断地微调，不断地

8、焊接，都只是 白费工。所以要先把PCB放凉，至少等到PCB温度跟常温一样，才能去量阻抗。匹配前注意事项一塑料镊子当你要焊接前，先用塑料镊子，把零件压在Pad上方，去观察 Smith Chart :JQ.这看到的阻抗不准吧肯定的啊，但你可以先透过这方式 ，去观察Smith Chart的趋势轨迹，是否如你 预期。如果在你预期之内，你再去焊接都还不迟。如果在你预期之外，那你就不 要浪费时间去焊接了 ，赶快换值再作观察，方为上策。Q.为啥要塑料镊子?因为金属会影响阻抗，如果你用金属镊子，假设你夹的是电容，那么你实际上在Smith Chart看到的趋势轨迹，是（金属镊子+电容），而并非只有电容。再次强调

9、， 根据不准的资料去做分析，后续的分析工作，都是白费工。匹配流程整个Block Diagram ,大概如下图Step 1.拿有上件的PCB,如果是Switch ,就额外供给 Vcc跟控制讯号,把Switch 开启，Port1 接 Connector，Port2 接 Diplexer/Switch 输出，调 Matching1 ， 调到50奥姆。II调完后,再把这组 Match in g1 ,放到裸版,量S21,也就是In sertion Loss。否则如下图,你今天串一个 1nH电感，并5pF电容，其Insertion Loss高达3.7 dB,这样的话，不管你阻抗多接近 50奥姆，这组Mat

10、chi ng都不能用。Frequency (MHz)因为GPS讯号太微弱，所以对于Loss要非常计较，哪怕是SAW Filter或Diplexer， Loss也不会到 3.7 dB，怎能让一组 Matching，Loss就高达3.7 dB ?而且这是在LNA输入端，亦即你光这组 Matchi ng，就会让你的灵敏度，劣化3.7 dB,那你后面怎么调，CNR跟灵敏度，都不会好。16Author : Criterion当然，如果要串联电感，记得要选高 Q值的，因为Loss会比较小Frequency (MHz)17Author : Criterion#Author : Criterion而且Q值大了

11、 ，其带宽会较窄，亦即某种程度上，你这高Q值电感，还有挡带 外噪声的功能。/ 11 a、/L7>1,厶40IQ.4假设 Diplexer/Switch的 Data sheet 标示，其 Insertion Loss 是 1 dB,我在 Stepl量到的 Insertion Loss(Matching1 + Diplexer/Switch)是1.5 dB ,这样就表示我Matching1 的 Insertion Loss 是 1.5 dB - 1 dB = 0.5 d。我用算的就好，为啥还要把Matching1放到裸版去量Insertion Loss当你IC焊到PCB时，其Insertio

12、n Loss 会比Data sheet大，如下图50 Ohm50 Ohm?也许Diplexer跟Switch的组件本身，阻抗确实如 Data sheet所标示，为50奥姆但是，一但焊在PCB 上,就很难讲。首先，走线跟Pad接合处，就已经是一个 阻抗不连续面，如下图:再加上PCB的寄生效应之类，以及Layout因素，此时阻抗一定会偏离 50奥姆。 换言之，就算你组件本身 50奥姆，但焊在PCB上之后，就未必50奥姆。在此 情况下，一定会有 Mismatch Loss。因此IC焊到PCB时，其Insertion Loss 之 所以比Data sheet大，主要原因就是来自 Mismatch Lo

13、ss的贡献。所以你不能直 接用 Diplexer/Switch 的 Data sheet 来计算 Insertion Loss。Q.那这样我直接用裸版调Matching1 ,然后确保其阻抗在50奥姆附近，Insertion Loss也很小，这样Matching1就调好啦，为啥要先用有组件的PCB去调，然后调好后再用裸版验证Insertion Loss ，这不是很麻烦?就算你用裸版单独调Matching1 ，调到50奥姆。但实际上你把 Diplexer/Switch包含进来后，其阻抗未必50奥姆，如下图:WiFi因为如前述，走线跟Pad接合处，就已经是一个阻抗不连续面 ，加上PCB寄生 效应，以

14、及Layout因素，即便Diplexer/Switch 的Data sheet标示为50奥姆， 但焊在PCB上,就不会是50奥姆了。这样的话，一旦你把Diplexer/Switch 包 含进来后，Match in g1还是要再做微调。既然如此，那干脆一开始就直接把Diplexer/Switch 包含进来，此时去调 Matching1 ，是最快最准的方式 。不要忘记，实际上eLNA(External LNA)或接收机的输入阻抗，是从Connector 一路看进去，不是只取决于单一匹配电路。既然如此，当然要把Diplexer/Switch包含进来。Step2.拿有上件的PCB,如果是Switch

15、,就额外供给 Vcc跟控制讯号,把Switch 开启,Portl 接 Connector , Port2 接 Pre-SAW 输出,调 Matching2 ,调到 50奥姆。Pre_SAW当然，还是一样，Matching2调到50奥姆后，要再用裸版验证其Insertion LossQ.可以调Matching1吗最好不要，因为Matching1也会影响到 WiFi,所以一旦 Matching1调到50奥姆，Insertion Loss 也很小，就确定下来，不要再去更动。Step3.拿有上件的PCB,如果是Switch ,就额外供给 Vcc跟控制讯号,把Switch开启,Portl 接 Conne

16、ctor , Port2 接 eLNA 输入,调 Matching3 。21Author : Criterion#Author : Criterion注意!此时Matching3，就未必是调到330一0 urto s<Do_o 也 on50奥姆，通常LNA的厂商，会提供你所以此时你要把 Match in g3 ，调到Noise Figure最低的阻抗点，而非50奥姆Q.但偏离了 50奥姆,因为 Mismatch Loss ,连带Insertion Loss 定会变大,你刚说一组Matchi ng的Loss如果偏大,再怎样都不能用。那我该如何衡量这组Matchi ng能不能用？这是个好问题

17、，我们用下图解释50 Ohm system1 dBPort 1Non 50 Ohm system因为网分是50奥姆系统，所以当你Matchi ng 3偏离了 50奥姆，量出来的Insertion Loss 当然会偏大（Mismatch Loss 的贡献），例如1 dB。但是LNA非50奥姆系统，故此时Matching3对LNA来讲，其Loss就不一定是1 dB,也许比较但还是要谨记刚所提及的原则，Matchi ng的Loss不宜过大，假设你今天Matching3，用50奥姆系统的网分看，其Loss是5 dB。你觉得有可能，对非50奥姆的LNA来讲，其Loss就缩减为0.3 dB吗?当然不会啊，

18、针对Matching3 ，即便50奥姆系统网分量到的Loss，跟非50奥姆系统LNA看到的Loss不同，但Loss越小越好，都是不变的原则。尤其是 （串联电感+并联电容）这种组合，更要特别注意。所以Matching3 ,调到Noise Figure最低的阻抗点后,一样要用裸版去验证其In serti on LossQ.为啥不是调Matchi ng2因为Matching3离LNA最近，所以影响LNA最大。因此，使阻抗座落在 LNA之Noise Figure最低之处，这个任务，由Matching3 来完成。Matching2 只要确保50奥姆，Insertion Loss不要太大，这样就可以了。2

19、3Author : Criterion24Author : CriterionQ.我光Match in g1到Matchi ng3 ,就花这么多时间,我后面还有 Matchi ng4跟Matching5 ,这哪作的完？LNA之前,是最关键的,所以基本上而言,Matching1到Matching3作完就差不多了，Matching4跟Matching5，不是那么重要。我们以Noise Figure公式说明，如下式F +I ,兀+G 丄 G© GGG*由上式可知，LNA输入端的Loss，也就是F1，是最关键的因此摆放eLNA时,肯定是离GPS天线越近越好，以减小F1，如下图GPSGPSAN

20、TRightANTWrong因为为了避免干扰，GPS天线会远离主天线，而主天线又会靠近接收机，再加上我们把eLNA，靠近GPS天线。换言之，eLNA到接收机的走线会很长，但由NoiseFigure公式得知，eLNA到接收机的走线，其Loss会被eLNA的Gain稀释，故就算走线很长，Insertion Loss很大，其实对于整体灵敏度，并无啥太大影响。 即便 Matching4 跟 Matching5 不调，以至于阻抗会有 Mismatch Loss ，连带使得 Insertion Loss 变大，但因为已经在 eLNA 后面，所以对灵敏度不会有啥影响。 如前述， eLNA 到接收机， 这么长

21、的走线， 这么大的 Insertion Loss ，都没在怕了， 又何须太担心 Matching4 跟 Matching5 呢 ?所以 ，坦白讲 ， Matching4 跟 Matching5 ， 是锦上添花 ，好上加好 ，通常是你想 让灵敏度再更好 ， 才去调 。如果做完 Matching1 到 Matching3 ，其灵敏度你可以 接受 ，那当然 Matching4 跟 Matching5 就不用调 。反之 ，如果你调完 Matching1 到 Matching3 ， 灵敏度还是很烂 ， 那 Matching4 跟 Matching5 ， 也是救不了你 ， 那就更不用调 。所以，其实到 S

22、tep3 就可以结束 ，不过若你想进一步提升灵敏度 ，那当然可以再 调 Matching4 跟 Matching5 。25Author : CriterionStep4.拿有上件的PCB,如果是Switch ,就额外供给 Vcc跟控制讯号,把Switch开启,eLNA也是额外供给 Vcc,使其开启。Portl接Connector , Port2接Post-SAW输出，调Matching4，调到50奥姆附近Pre.SAWeLNAPosLSAW当然，还是一样 Matching4调到50奥姆后，要再用裸版验证其Insertion LossQ.可以调Matching3吗当然不行，刚说Matching1

23、Matching3是最重要的，Matching4 跟Matching5只是好上加好，既然你Matching1Matching3都调好了，就不要再更动。你何必为了不那么重要的Matching4 跟Matching5 ，去更动你最重要的Matching1Matching3 ?再者，Matching1Matching3，是 eLNA 的输入阻抗，你这边一动，其eLNA的输入阻抗，就未必是Noise Figure最低的阻抗点，进而 劣化灵敏度。Step5.若软件已就绪，其接收机可以开启，拿有上件的PCB,如果是Switch，就额外供给 Vcc跟控制讯号，把Switch开启。eLNA也是额外供给 Vcc,使其开启。然后用软件方式让接收机开启，Port1接Connector ,调Matchi ng5Port 1;PortSReceiver注意! 同Matching3 般，此时Matchin