手机射频之阻抗控制

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1、前言阻抗控制的目的，便是希望讯号能完全由Source端，传送到Load端，毫无反射，阻抗控制作得越好，其反射就越少[1]。以RF而言，单端讯号控制为50奥姆，差分讯号控制为100奥姆。至于为何RF特征阻抗要定为50奥姆?主要是最大传送功率(30奥姆)与最小Loss(77奥姆)的折衷[2]。1迭构在做阻抗控制之前，要先向PCB厂要迭构数据，才能知道PCB参数。以手机而言，多半为8层板或10层板，8层板多半为3-2-3迭构或AnyLayer210层板多半为4-2-4迭构或AnyLayer当然AnyLayer在走在线的弹性最大，但是价格最贵。3Trace型式RF讯号在阻抗控

2、制的型式，多半有4种，单端讯号走表层单端讯号走内层4差分讯号走表层差分讯号走内层将上述四种型式的参数，整理如下:单端讯号走表层单端讯号走内层差分讯号走表层差分讯号走内层H1覆膜厚度较大的与参考层距离覆膜厚度较大的与参考层距离H与参考层距离两层参考层距离与参考层距离两层参考层距离W1Trace下方宽度Trace下方宽度Trace下方宽度Trace下方宽度WTrace上方宽度Trace上方宽度Trace上方宽度Trace上方宽度S与GND间距与GND间距差分线间距差分线间距TTrace厚度Trace厚度Trace厚度Trace厚度5单端讯号多半会用Coplanar结构计算

3、，因为与GND的间距，会影响阻抗。而差分讯号与GND的间距，对阻抗影响不大，反而是差分线间距影响较大，所以单端讯号的S，是与GND的间距，而差分讯号的S，是差分线间距。至于线宽，因为制程缘故，所以洗出来会变梯型，而一般说的线宽，是指W1，而W多半以下式估算阻抗W=W1-1要注意的是，上式用的单位为mil，而一般计算阻抗时，也多半用mil。在此我们利用10层板Anylayer来作阻抗控制，6计算结果如下:TOPS2.2L2G2.2L32.2L42.2L5G2.5L6S2.2L7G2.2L82.2L9G2.2BOTS50奥姆线宽3.73.72.350奥姆对共平面地线距(D

4、)666100奥姆(diff)线宽3.13.12.3100奥姆(diff)差动线距(S)101010计算所得单端阻抗49.2849.2842.65计算所得差分阻抗10010081.26其中S是signal所走层面，而G是GND参考层，另外，单端讯号用的介电常数值，与差分讯号用的介电常数值不同，要特别注意。虽然影响阻抗的因素有许多，但是RF工程师能控制的，只有H,H1,W1,S这四项，其它都取决于PCB厂，因此我们把这四个变量整理如下:7与阻抗关系单端讯号走表层单端讯号走内层差分讯号走表层差分讯号走内层H1反比反比H正比正比W1反比反比反比反比S正比,但6mil已差不多

5、正比,但6mil已差不多正比,但10mil已差不多正比,但10mil已差不多Q.既然有10层板层板，层板，，，为何只走表层跟第六层为何只走表层跟第六层?而不走其它层?A.这是阻抗计算出来的结果，假设如果走第二层，且单端讯号要50奥姆，差分讯号要100奥姆，则线宽只有1.6mil，由[2]可知，线宽太细，容易有阻抗误差与InsertionLoss(IL)过大的缺点。阻抗误差如下式:線寬誤差阻抗误差=線寬因为PCB厂的制程能力，一般来说会有正负0.5mil的线宽误差，因此，若线宽过细，则可能会阻抗误差过大，导致每片PCB的阻抗都不同。至于损耗过大，若是Tx的Trace，会

6、导致power过小，若硬要以加大DAC方式来达成Targetpower，则可能会因PA的inputpower过大，而产生许多非线性效应，例如Harmonics,IMD……等[3]。若是Rx的Trace线宽过细，则会导致Sensitivity不好。因为由[3]可知，当IL提升1dBm,则NF也会多加1，则Sensitivity便会衰减1dBm。8Q.为何单端/差分讯号在第六层的计算阻抗差分讯号在第六层的计算阻抗，差分讯号在第六层的计算阻抗，，，并非理想的并非理想的50奥姆/100奥姆?A.也是线宽考虑，虽然第六层的H1比其他层较大，2.5mil，而在阻抗不变情况下，H1

7、加大可有较大线宽，但50奥姆的计算结果，为1.7mil，比第二层的50奥姆1.6mil，只多了1mil。还是太细，因此只好牺牲一点阻抗，来拓宽线宽。Q.线宽跟阻抗的上下限为何?A.线宽最好有3mil以上，2.3mil是最下限，极度不建议线宽小于2.3mil。至于阻抗，大概可以有正负15%的范围，以单端讯号而言，范围是42.5奥姆~57.5奥姆，而以差分讯号而言，范围是85奥姆~115奥姆。只要阻抗在范围内，尽可能拓宽线宽，因为阻抗偏掉，可以靠匹配调回来，但若InsertionLoss过大，则几乎无补救机制，因此两害相权取一轻情况下，宁可牺牲一点阻抗，