針對手機射頻電路設計的差分散射參數測試方法(一)

　　對手機射頻(RF)電路設計，本文以對聲表濾波器的測試為例探討了以下三個(gè)問(wèn)題：如何用單端矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測量差分網(wǎng)絡(luò )的散射參數；差分網(wǎng)絡(luò )到單端網(wǎng)絡(luò )轉換時(shí)的共模干擾問(wèn)題；雙端網(wǎng)絡(luò )雙共軛匹配問(wèn)題。

　　在設計手機的射頻電路時(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 )，在設計該匹配網(wǎng)絡(luò )時(shí)，需要知道混頻器輸入端差分散射參數和聲表的散射參數，通常網(wǎng)絡(luò )分析儀都不是差分型的。下面以對聲表(SAW)的測試為例來(lái)說(shuō)明如何測試差分散射參數。

　　物理三端口散射參數

　　在設計該手機的射頻電路時(shí)，我們選用的是Epcos公司的LH46B聲表面波濾波器，Epcos公司提供了一塊評估板，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 )分析儀很容易測得其三端口散射參數，具體過(guò)程如下：

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

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

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

　　4. 物理三端口網(wǎng)絡(luò )散射參數ST為等式(1)所示：

　　一般來(lái)說(shuō)，差分端口并不是理想的，通過(guò)研究上面得到的物理三端口網(wǎng)絡(luò )散射參數ST會(huì )發(fā)現：

　　理想情況下，端口1加一點(diǎn)頻激勵信號，在端口2與端口3應得到大小相等，相位差180度的信號，也就是說(shuō)在端口2與端口3上得到一個(gè)差分信號，實(shí)際上在端口2與端口3上還存在著(zhù)大小與相位都相等的信號，即共模信號。若將差模信號看作一個(gè)端口，共模信號看作一個(gè)端口，再加上原來(lái)的端口1，這樣就組成了一個(gè)新的三端口網(wǎng)絡(luò )，稱(chēng)為模式三端口網(wǎng)絡(luò )。

　　模式三端口網(wǎng)絡(luò )散射參數

　　現在的問(wèn)題是該如何由物理三端口網(wǎng)絡(luò )的散射參數導出模式三端口網(wǎng)絡(luò )的散射參數。聲表器件屬于無(wú)源網(wǎng)絡(luò )，且不含有各向異性介質(zhì)材料，其散射參數必然是互易的，就是說(shuō)物理三端口網(wǎng)絡(luò )僅有6個(gè)獨立參數。差模與共模信號只是端口2與端口3信號的線(xiàn)性組合，所以模式3端口網(wǎng)絡(luò )的散射參數也必然是互易的，即只有6個(gè)獨立參數(E3)。觀(guān)察圖3可以看到端口1在兩種散射參數信號流圖中未變，故：

　　SM22是反映有端口1來(lái)激發(fā)出差模信號能力的參數，根據差模信號的定義，它應是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(lái)，故其此時(shí)特征阻抗已是原來(lái)兩倍。假定端口2信號的相位為差模信號相位，這樣可以得到

　　SM33是反映有端口1來(lái)激發(fā)出共模信號能力的參數，根據共模信號的定義，它應是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(lái)，故其此時(shí)特征阻抗已是原來(lái)一半，這樣可以得到：

　　SM22，SM32分別是反映端口2與端口3在等幅反相信號激勵時(shí)，在反射波中產(chǎn)生差模分量與共模分量能力的一個(gè)量，將物理三端口網(wǎng)絡(luò )的端口1接匹配負載，端口2加激勵信號：

　　端口3加激勵信號：

　　這兩個(gè)激勵信號合起來(lái)等效為在差模端口加激勵信號：

　　現在分別計算端口2與端口3反射波中差模與共模信號成分，它們在數值上應分別等于SM22，SM32，值分別是等式(4)、(5)所示。

　　SM33是反映端口2與端口3在等幅同相信號激勵時(shí)，在反射波中產(chǎn)生共模分量能力的一個(gè)量，將物理三端口網(wǎng)絡(luò )的端口1接匹配負載，端口2與端口3同時(shí)加激勵信號：

　　這兩個(gè)激勵信號合起來(lái)等效為在共模端口加激勵信號：

　　現在來(lái)計算端口2與端口3反射波中共模信號成分，它在數值上應等于SM33。

　　其值見(jiàn)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，整理后得到等式(7)：

　　需要特別注意的是此處得到的該散射參數各端口并不是利用統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(差模信號端口)為2 Zo，端口3(共模信號端口)為Zo/2。

　　共模抑制比

　　MAX2392是一個(gè)零中頻的射頻接收機，為解決本振信號的泄漏問(wèn)題，MAXIM 公司采用了差分形式的混頻器，從圖1看到當共模形式的本振信號有混頻器輸入端泄漏出來(lái)時(shí)，聲表會(huì )對此產(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(xiàn)端口的本振信號大小，該共模抑制比越大越好。研究圖3所示的散射參數信號流圖，我們發(fā)現還有另外一種共模到差模的轉換形式：

　　該共模抑制比優(yōu)劣與直流偏移量有關(guān)。本振信號通過(guò)空間輻射等途徑耦合到LH46B 差分端口應是共模信號，該共模信號經(jīng)LH46B反射后產(chǎn)生的差模信號會(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。