WCDMA(Wide band Code Division Multiple Access 宽带码分多址)是一种3G蜂窝网络,是一种利用码分多址的复用技术。因为WCDMA发射端与接收端会同时运作,故需要Duplexer,将发射与接收的讯号路径作隔离,如下图:

forum.jpg


forum.jpg


因此,Duplexer的isolation,就扮演了相当重要的角色,若Duplexer的isolation不够,加上WCDMA之发射端与接收端会同时运作的特性,便会产生Tx- Leakage。

forum.jpg


当Tx Leakage很大时,若LNA的P1dB不够大,则会使LNA饱和,此时LNA的Gain不再固定,而是会变小,该现象称之为Desense。

forum.jpg


若接收讯号的Gain降为零,即接收讯号经过LNA时,完全不会被放大,则有可能被Noise Floor淹没,此时称该Rx讯号被阻塞(Blocked)。

forum.jpg


另外,由于具备了低成本,低复杂度,以及高整合度,这使得零中频架构的接收器,在手持装置,越来越受欢迎。而零中频接收器中,RF信号频率与LO信号频率相同,因此最后降频待解调的讯号,为直流讯号,会座落在频域上频率点为零之处。

forum.jpg


而由于DC Offset,也是非线性效应之一,因此若LNA的P1dB不够大,则Tx Leakage可能会使LNA饱和,产生DC Offset,进而干扰降频后待解调的讯号,导致BER升高。

forum.jpg


而Mixer处理的讯号,是经过LNA放大后的讯号,因此其P1dB必须比LNA更大,否则即便LNA的线性度够,但若Mixer的线性度不够,一样会有DC Offset。

forum.jpg


因此在WCDMA的接收测项中,有一项为Maximum input level,便是在测接收端的最大承受输入功率(且BER不得大于0.1%),藉此以衡量接收电路的P1dB。

若LO与LNA以及Mixer的隔离度不够大,会产生Self Mixing,而Tx Leakage可能会透过Self Mixing的方式,导致DC Offset,干扰降频后待解调的讯号。

forum.jpg


另外,若LNA的IIP2不够,则会有IMD2,座落在直流附近,最后再经过Mixer,干扰已降频为直流的讯号,导致解调失败。

forum.jpg


而如前述所言,Mixer的线性度必须比LNA更大,因此即便LNA的IIP2够大,但若Mixer的IIP2不够,依旧会有IMD2的问题。

forum.jpg


虽然Tx Leakage与接收讯号的频率不相等,基本上IMD2不会正好座落在直流处,其IMD2的带宽,是讯号的两倍,因此一样会干扰降频为直流的讯号。

forum.jpg


DC Offset与IMD2之所以成为零中频架构的难题,在于它们会座落在频谱上为零之处,或其附近,很难滤除,因此若要抑制,只能靠后端的基频电路,以及校准,将其DC Offset与IMD2抑制下来。如下图的设计中,其接收器的基频电路,便导入了抑制DC Offset与IIP2校正的电路。

forum.jpg


而高通平台,也针对了WCDMA的接收端,作DC Offset的校正,如下图:

forum.jpg


以及IIP2的校正:

forum.jpg


由于DC Offset会使后端电路的线性度下降,因此理论上,若能抑制DC Offset,便能有效提升线性度,而实际上,透过校正,也确实能提升IIP2,如下图:

forum.jpg


下面是高通平台,其WCDMA的接收器在校正后,其IIP2可以达到55dBm。

forum.jpg


虽然同样都是零中频架构,但相较于WCDMA,高通并没有对GSM做IIP2的校正,我们以下式做说明:

forum.jpg


C是校正常数。理论上,输入讯号指的是接收讯号,但前述提到,Tx Leakage在LNA的输入端,会比接收讯号大得多,尤其是当手机离基地台极远,却又尚未归属另一个基地台的管辖范围时,如下图:

forum.jpg


为了与基地台有正常通讯质量,便会将发射功率打到最大,但由于离基地台极远,所以接收讯号很微弱,此时便形成Tx Leakage在LNA的输入端的功率很大,但接收讯号很小的情况。

而Tx Leakage在LNA的输入端,最大可达-24dBm,而灵敏度最小可以到-117dBm,若处于上述的极端情况,则两者差了将近100dBm。因此其IMD2的大小,主要是由Tx Leakage在LNA的输入讯号所主宰。

而因为WCDMA之Tx Leakage在LNA的输入功率,比GSM的接收输入讯号大得多,这表示WCDMA的IMD2,会远比GSM的IMD2来的大,亦即WCDMA对于IIP2的要求,远比GSM来的高,因此虽然同样零中频架构,同样都会有IMD2的问题,但WCDMA须额外靠校正来提升线性度。由下图可知,LO在频谱上,会有所谓的Phase Noise,如下图:

forum.jpg


因此Tx Leakage在LNA的输入讯号,可能会与LO的Phase Noise,产生reciprocal Mixing,干扰降频为直流的讯号。

forum.jpg


当然如前述所言,提升Duplexer的isolation,便可有助于Tx Leakage的降低,进而降低Cross Modulation,因此在挑选Duplexer时,其isolation越大越好,至少要50dB,以AVAGO的ACMD-7614为例,其isolation,几乎都有55 dB,如下图:

forum.jpg


而在Layout时,也要靠GND来加强Tx,Rx,Ant三个端口之间的isolation,避免Blocking,ACS,以及灵敏度的劣化。

forum.jpg


当然最好是Duplexer下方,除了讯号走线外,其他地方全都铺GND,并密集地打Via连到Main GND,以获得最佳的isolation。

forum.jpg


而发射与接收讯号走线,也要彼此远离,否则其PA输出讯号,一样可以靠寄生电容,耦合到接收讯号,使其产生Desense甚至Blocking的问题。

forum.jpg