改善射頻ACLR的幾種方法

射頻設(shè)計(jì)的同學(xué)可能都會(huì)接觸到一個(gè)很關(guān)鍵的詞，就是ACLR，什么是ACLR?

ACLR: adjacentchannel leakage power ratio相鄰?fù)ǖ拦β市孤侗?/strong>

看完后也許你會(huì)針對(duì)ACLR的維修有一定的幫助?。?/p>

我先把影響因素放到上面，針對(duì)不想看長篇大論的人可以直接一點(diǎn)，

因此總結(jié)我放在文章的開頭， **ACLR 劣化時(shí)，可以注意的8 ** 個(gè)方向:

**1. ****PA **輸出功率

**2. **PA Load-pull

**3. **PA Post Loss

**4. ****PA **的輸入阻抗

**5. **PA 輸入端的SAW Filter

**6. **Vcc 的IR Drop

**7. **校正

8. DC-DC converter Switching Noise

如何產(chǎn)生的：

1， 當(dāng)你輸出功率太大，會(huì)使PA 操作在飽和區(qū)，產(chǎn)生非線性效應(yīng)，如下圖:

而非線性效應(yīng)，會(huì)衍生許多噪聲，例如 DC Offset，諧波，以及IMD(Intermodulation)，如下圖 :

而三階的IMD，即IMD3，其帶寬會(huì)是訊號(hào)的三倍，因此會(huì)使兩旁頻譜上漲，如

下圖[1]:

而IMD3，又牽扯到IIP3，IIP3越大，其產(chǎn)生的IMD3就越小。

所以簡單講，ACLR就是TX電路IMD3的產(chǎn)物，測ACLR 等于是在測你TX電路端的IIP3。

由上式可知，如果輸入功率小，使PA 操作在線性區(qū)，或是這顆PA 的IIP3 夠大，

那么ACLR 就可以壓低。

因?yàn)镻A 的線性度與效率，是反比的，你ACLR 要低，那就是IIP3 要高，線性度要好，因此效率就低，耗電流就大。反之，你要耗電流小，那就是犧牲線性度，ACLR 就會(huì)差。所以一般而言，調(diào)PA 的負(fù)載時(shí)，多半就是調(diào)到最常用的50 ohm，以兼顧ACLR 跟耗電流。

2， WCDMA 的TX是BPSK（ 二進(jìn)制移相鍵控法）調(diào)變，非恒包絡(luò)，因此其PA須Back-off（回退功率），來維持線性度[1-2]。當(dāng)然，Back-off 越多

PA一般的設(shè)計(jì)輸出圖如下

PA 輸出端的Loss，例如FU, Duplexer, Matching, 走線的Insertion Loss，統(tǒng)稱Post Loss。如果你要達(dá)成Target Power(例如23.5 dBm) ，一旦Post Loss越大，意味著你PA 的輸出功率就越大，如下式跟下圖[3] :

Target Power(dBm)=PA output power(dBm)+PostLoss(dB)

如果PA 輸出功率越大，那就是Back-off 越少，越接近飽和點(diǎn)，當(dāng)然其線性度也越差，其ACLR會(huì)跟著劣化。

3，

由上圖可知，PA 的input，同時(shí)也是DA(Driver Amplifier)的Load-pull。如果PA input 的阻抗，離50ohm太遠(yuǎn)，即此時(shí)DA 的線性度不夠好，ACLR 就差，加上PA 是最大的非線性貢獻(xiàn)者，如果PA input 的ACLR已經(jīng)很差，那么PA out 的ACLR，只會(huì)更差。一般而言，一線品牌大廠，其PA 輸出端正負(fù)5MHz的ACLR，都要求至少-40 dBc。

即表示PA input 的ACLR，至少要小于-50 dBc，(**由于****DA 的輸出功率，遠(yuǎn)小于PA 輸出功率，因此ACLR 也會(huì)來得較低，再次證明ACLR ** 與輸出功率有關(guān) )。

4， LO Leakage(本地震蕩泄露) 跟DPA 產(chǎn)生的2 倍諧波，有可能會(huì)在PA 內(nèi)部，產(chǎn)生IMD3，進(jìn)而使ACLR 劣化。

所以若在PA 前端，先用SAW Filter（聲表面濾波器）把2 倍諧波砍掉，可降低其IMD3，進(jìn)一步改善ACLR。而若濾波器的陡峭度越好，則越能抑制帶外噪聲，因此理論上，使用BAW（Bulk Acoustic Wave反射濾波器）的ACLR，會(huì)比使用SAW 來得好。如圖

而FBAR（Film Bulk Acoustic Resonator）的帶外噪聲抑制能力，又會(huì)比BAW 來得好，

當(dāng)然，有些平臺(tái)，在PA 前端，是沒加SAW Filter 的。而拿掉SAWFilter 之后，

其ACLR 也不會(huì)比較差。

這是為什么呢? 其實(shí)由以上分析可以知道，PA 前端的SAW Filter，之所以能改善ACLR，主要原因是抑制Transceiver 所產(chǎn)生的OutbandNoise(包含諧波)。換言之，倘若Transceiver 的線性度夠好，所產(chǎn)生的OutbandNoise 很小，其實(shí)PA 前端是可以不用加SAW Filter 的，

但要注意，雖然PA 前端的SAW Filter 可抑制帶外噪聲，改善ACLR，但若其PA 輸入端SAW Filter 的Insertion Loss 過大，意味著DPA 需打出更大的輸出功率，以符合PA 的輸入范圍(若低于下限，則無法驅(qū)動(dòng)PA)，如下式 :

P(Target)=P(out)-IL

而不管是PA，還是DA，若輸出功率越大，則ACLR 越差，如下圖:

若DPA 輸出功率大，使得PA 輸入端的ACLR 差，那么PA 輸出的ACLR，肯定只會(huì)更差。當(dāng)然，若用FBAR，既可抑制帶外噪聲，Insertion Loss 又小，是個(gè)風(fēng)險(xiǎn)低的方案，但成本不低。

5，由下圖可知，Vcc 越小，其ACLR越差:

這是因?yàn)椋?a href="http://wenjunhu.com/tags/放大器/" target="_blank">放大器在閘極與汲極之間，會(huì)存在一個(gè)既有的寄生電容，又稱為米勒電容，即Cgd，如下圖 :

而當(dāng)電壓極低時(shí)，其Cgd會(huì)變大。

上式是Cgd 的容抗，當(dāng)Cgd 變大時(shí)，則容抗會(huì)變小，因此部分輸入訊號(hào)，會(huì)直接透過Cgd，由閘極穿透到汲極，即上圖中的Feedthrough 現(xiàn)象，導(dǎo)致輸出訊號(hào)有嚴(yán)重的失真。簡單講，低壓會(huì)讓PA 線性度變差，因此若Vcc 走線太長或太細(xì)，會(huì)有IRDrop，使得真正灌入PA 的Vcc 變小，那么ACLR 就會(huì)差。

當(dāng)然，除了PA 電源，收發(fā)器的電源也很重要，否則若DPA 的電源因IRDrop 而變小，使得PA 輸入端的ACLR 變差，那PA 輸出端的ACLR，只會(huì)更差。

6，在校正時(shí)，常會(huì)利用所謂的預(yù)失真，來提升線性度:

而由下圖可知，做完預(yù)失真后，其ACLR 明顯改善許多，(因?yàn)樘嵘薖A 的線性度)

7，一般而言，PA 電源，是來自DC-DCConverter，其功率電感與Decoupling電容關(guān)系如下：

由于DC-DC Converter 的Switching Noise，會(huì)與RF 主頻產(chǎn)生IMD2，座落在主頻兩側(cè):

雖然IMD2 的頻率點(diǎn)，只會(huì)落在主頻左右兩旁1MHz 之處，理論上不會(huì)影響正負(fù)5MHz 的ACLR。但因?yàn)橐话愣?，DC-DC Converter 的Switching Noise，其帶寬都很寬，大概10MHz。因此上述IMD2 的帶寬，分別為5MHz 與15MHz，(WCDMA 主頻頻寬為5 MHz)，換言之，上述的IMD2，是很寬帶的Noise，故會(huì)影響左右兩旁正負(fù)5MHz 的ACLR。

因此，如果能有效抑制DC-DC Converter 的SwitchingNoise，便可抑制其IMD2，

進(jìn)一步改善ACLR。故可利用磁珠或電感，來抑制DC-DC Converter 的Switching

Noise，如下圖 :

我們作以下6 個(gè)實(shí)驗(yàn) :

就假設(shè)DC-DC Switching Noise 為1 MHz，我們可以看到，在Case2,Case3,Case4，其1 MHz 的Insertion Loss 都變大，這表示在DC-DC 與PA 的穩(wěn)壓電容之間，插入電感或磁珠，對(duì)于Switching Noise，確實(shí)有抑制作用。而由下圖可知，其WCDMA 的ACLR，也跟著改善。由于Case 3 的Insertion Loss 最大，因此Case 3 的ACLR 也確實(shí)改善最大。

8，承第7點(diǎn)，DC-DCConverter 的穩(wěn)壓電容，與PA 的穩(wěn)壓電容，絕不可共地，因?yàn)樵摴驳?，?duì)DC-DCSwitching Noise 而言，是低阻抗路徑，若共地，則DC-DC Switching Noise，會(huì)避開磁珠或電感，直接灌入PA，產(chǎn)生IMD2，導(dǎo)致ACLR劣化。換言之，共地會(huì)使第8 點(diǎn)的磁珠或電感，完全無抑制作用。

而功率電感，磁珠或電感的內(nèi)阻，也不宜過大，否則會(huì)產(chǎn)生IR Drop，使PA 線性度下降，ACLR劣化。

因此總結(jié)一下， **ACLR 劣化時(shí)，可以注意的8 ** 個(gè)方向:

**7. ****PA **輸出功率

**8. **PA Load-pull

**9. **PA Post Loss

10. **PA **的輸入阻抗

11.PA 輸入端的SAW Filter

12.Vcc 的IR Drop

**7. **校正

8. DC-DC converter Switching Noise