RF 调试 FAQ —— 闭环 SAW ANT 匹配调试

一.前言

随着通信技术的不断突破,越来越多人用上了 5G 手机。5G 确实让人们在日常生活中使用手机体验感直线上升,同样也给 RF 设计领域带来巨大的变化。其中 PA 传导部分就和 4G 时有着明显的差别。




如上图所示,为 4G 手机传导部分框图。可以看到 Tx 信号从 Transceiver 到 PA,再经过 SAW 的ANT 端进入 TXM,最后传输到手机的 ANT 端。整个传输过程直接且平滑。这种传输 模式的问题在 5G 手机到来时就暴露出来了,那就是需要的前端器件过多。

消费终端产品体积有限,射频器件的增多,射频器件的集成化是必然趋势。并且 5G 网络有更多的新频段,对于前端模块要求就更高,那么将前端模块和 PA 集成化不失为一个有效的解决方案。集成化可以降低成本、提高性能,以及给系统集成商提供 turn-key 方案。目前集成主要是由 SiP 方式整合不同制程技术来制作功率放大器 (PA)、低噪声放大器 (LNA)、滤波器(Filter)、开关 (Switch) 和被动元件 (Passive) 等,5G mmWave 射频模组将走向高度整合趋势。射频前端模块的发展趋势将逐渐由离散型的 RF 元件,朝向整合型模组的FEMiD与PAMiD形式。

FEMiD 是双工前端模组,也就是集成了多个频段双工的前端模组;PAMiD 是集成了 MMMB PA和 FEMiD 的模组,集成度更高,并且要求 PA 模块中提供更多的 RF 开关、滤波和功率放大元件,这样一来 PA 模块的复杂性节节高升,将其他元件集成到 PA 模块里的压力也越来越大。

当然 RF 设计厂商也不能一开始就将所有频段的滤波都集成到一个模块里,有的频段还需要外接一个滤波器或是带滤波功能的双工器。这时候为了满足外接滤波器同样拥有最佳放大功能,原本 SAW 的 ANT 端直接连到 TXM。在新的设计方案中,PA 将信号传输到 SAW 后,再通过 ANT 端回到 PA,示意图如下:




可以看出,PA 和 SAW 构成了一个闭环链路,和以前的传导结构大不相同,调试方法也有所改变,那么接下来我们就来探讨新的调试方法。


二.RF 调试 FAQ —— 闭环 SAW ANT 匹配调试

  1. 闭环 SAW ANT 端匹配调试方法

 

    问题描述:Tx 传导结构由以前的直通结构改为闭环结构,SAW ANT 端阻抗匹配调试方法如何调整。

  

    原因分析:调试 4G 手机主板 SAW ANT 端匹配时,采用无源调试方法,可以将 PA 摘除进行调试。5G ENDC 方案支持 4G、5G 频段能共同工作,并且采用了高集成的 PAMiD,

              没有集成到模块里的频段采用外接 SAW 的设计方案,原理结构和 4G 方案有所差别,调试方案也需要作出改变。

 

    解决办法:不摘除 PA 进行无源调试,而是将 PA Tx π/T/L 型匹配的串位摘掉,并将 RF Cable 连接到刚才摘掉的串位靠近 SAW 的那个 pad 上,示意图如下(以 π 型网络为例):

 



然后可以把靠近 SAW 的并位摘下来(建议NC),这样在调试过程中只关注 ANT 端的匹配。也就是说,按照上述连线方法,在网络分析仪上看无源图时,只能调试其收敛程度,而它在 Smith Chart 上的位置则不好调试。如果需要调试位置的话,可以用网络分析仪进行仿真,获得一个大概的匹配,后续进行有源测试的时候,如果性能不达标,再进行盲调。再有一个办法就是去 PA 按照旧的调试方法来调试 TX 匹配。但是这个方法的弊端的 SAW ANT-PA 这段闭环回路对位置的影响被忽略,可能会对真正的位置有影响,到 CMW 500 测性能时还需要微调。下面来验证一下新的调试方法。


下图为 4G 前端结构 B28 Full Band 收敛:






 测试方法为去 PA 无源调试,连接方法如下:




下图为闭环 SAW ANT 匹配调试结果:




调试过程中,可以参考物料的 Spec,来检查收敛调试情况:



经过对比,使用新的调试方法得到的结果与 Spec 提供的参考收敛相似,可以推断出此方法是 可行的。

 

三、小结

其实使用上文中的方法调试 ANT 匹配尚可,但是调试 Tx 匹配时有很多不方便,如果再预留一个元器件,就更方便进行 Tuning,可以参考下图:

 



如果采用这种布局,那么成本也会增加,假如外接滤波器过多的话,要多走一段 RF 走线,还有在空间本来就很有限的主板上留出 0 ohm 的位置,与节省空间和成本的前端集成模块思想又背道而驰。当然前期在设计电路会进行仿真,可以酌情在个别频段采用这种布局。

 

四、参考资料
  1. 3GPP TS 36.521-1 V10.2.0(2012-06)
  2. B1250_v1.4_PreliminaryDataSheet
  3. https://rf.eefocus.com/article/id-334018

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