以GPS爲例，深刻淺出講解射頻接收路徑的匹配調試流程

RF接收路徑的匹配流程----以GPS爲例
調Matching前，至少準備兩塊板子。 一塊完整PCB，有上所有零件 :

一塊裸版，徹底都沒上零件 :

匹配前注意事項—銅管

可能不少人忽略這點，但其實這纔是最重要的，由於你在調匹配過程當中， 會量S11(阻抗)，跟S21(Loss)。若是銅管這邊，該注意的沒注意，那麼你量到的S11跟S21，都是錯的。更直接一點講，你全部的匹配調試工做，到頭來都是無用功。

1. 銅管長度不宜過長

也許有人會問：反正我用Port Extension，我把銅管校掉就好啦！

不對！！Port Extension也不是萬能的。若是銅管過長，便沒法徹底校掉，以下圖：

由上圖可知，若銅管過長，即使你作完Port Extension，其阻抗並不是完美的一點Open，而是會拖一段軌跡，那麼當你實際上去量PCB時，你量到的阻抗， 實際上是包含了銅管的。也就是說，此時你量到的PCB阻抗，是不許的，是有偏差的。你若根據這不許的阻抗去作匹配，那麼你調出來的匹配，永遠不達不到最佳！

並且，不論是PCB走線，仍是銅管，都同樣，只要長度一長，其50奧姆就會偏掉，那就會致使Mismatch Loss。換言之，當你實際去量PCB的 Insertion Loss時，由於包含了銅管自己的Mismatch Loss，以致於你量出來的Insertion Loss，會比PCB實際的Insertion Loss還大。

所以時常有人誤解，單純量Insertion Loss，由於不看阻抗，因此不須要校訂。

這是不對的觀念，你量出來的阻抗錯誤，會連帶使你量出來的Insertion Loss 過大。簡單點講，只要用到銅管量S參數，不論是S11，仍是S21，Open/Short/Load校訂跟Port Extension就是要作，並且銅管長度不宜過長，最好買專用調試銅管，這點不少手機射頻工程師都深有體會。

2. 銅管要彎折後，再作Port Extension。

由於實際上，你在作匹配時，銅管可能會彎折。

若是你還沒彎折時，就先作Port Extension，即使此時你的阻抗是完美的一點Open，以下左圖；可是當你把銅管彎折後，其阻抗會偏，亦即此時阻抗並不是完美的一點Open，以下右圖。

若是你一開始就未把銅管給校掉，亦即你量到的PCB阻抗，是不許的，是有偏差的。你若根據不許的阻抗去作匹配，你調出來的匹配，永遠不會好。

因此應該是，先在裸版上，把銅管彎折到你方便焊接的角度後，再去作Port Extension，直到其阻抗是完美的一點Open，以下圖 :

此時才能夠開始去作匹配的工做。固然，一旦你做完Port Extension以後， 你這銅管，就不能再彎折。

簡單講，做匹配時，你銅管的長度跟彎折，都必須與做Port Extension時徹底同樣，不然後面的匹配工做，都是白費工。

3. 接地必定要足夠。

有些焊盤在板邊，以下圖，銅管這樣焊其實不對，但不少時候由於沒有足夠的接地面積，以下左圖所示；正確的作法應該以下右圖所示 ：

因此爲啥前面說，實際上在量測PCB參數時，銅管有可能會彎折，緣由之一就是，你得確保銅管有足夠的接地面積。

4. 銅管接地處要離焊盤越近越好

銅管接地處除了接地要足夠，要儘量大，還有一點，就是接地的位置，要離焊盤越近越好。因此用下圖爲例，你接地之處，應該是黃圈，而不是紅圈，由於黃圈離焊盤較近。

那麼有人也許會問，若是我再黃圈處的地，只有一點點，這樣就接地不夠。紅圈處的地很大，但離焊盤很遠，那麼到底要選哪個做爲接地呢？

正確答案是，你兩個都選。

無論怎樣，接地之處，必定要極接近焊盤。因此在焊盤附近，先找個能夠接地的地方，是當務之急，儘管這個接地面積比較小。因此像黃圈，無論地多小，你就是要焊錫。

可是若是以爲黃圈的地面積不夠大的話，那就是再找個能夠有足夠接地的地方，再做補強，也就是紅圈處。

不然，不論是地不夠大，或是地離焊盤太遠，都會使量出來的Loss過大。

實際操做中，若是遇到訊號附近的接地實在很差焊錫的話，必要時可在銅管外緣，多焊一個Pogo pin，以方便接地。

匹配前注意事項—塑料鑷子

當你要焊接前，先用塑料鑷子，把零件壓在焊盤上方，去觀察Smith Chart ，這個方法最開始也是不少手機射頻工程師用的，不事後面因爲大部分射頻物料封裝是0201，物料變小了，就很差用「鑷子」操做了。

也許有人會問，這看到的阻抗不許吧？

確定的啊，只是讓你先透過這方式，去觀察Smith Chart的趨勢軌跡，是否如你預期。固然，簡單點用Smith 相關阻抗分析工具也是能夠大概預知Smith Chart的趨勢軌跡的，以下圖所示：

若是在你預期之只要預知正確Smith Chart趨勢軌跡後，你再去焊接都還不遲。若是在你預期以外，那你就不要浪費時間去焊接了，趕快換值再做觀察，方爲上策。

那麼爲啥要塑料鑷子?

由於金屬會影響阻抗，若是你用金屬鑷子，假設你夾的是電容，那麼你實際上在Smith Chart看到的趨勢軌跡，是(金屬鑷子+電容)，而並不是只有電容。再次強調，根據不許的資料去作分析，後續所作的分析工做，都是白費勁！

接下來將匹配流程，終於到正題了~~~

匹配流程

整個原理框圖，大概以下圖:

①　Step1，拿有上件的PCB，若是是Switch，就額外供給Vcc跟控制訊號，把Switch開啓，Port1接Connector，Port2接Diplexer/Switch輸出，調Matching1，調到50奧姆。

調完後，再把這組Matching1，放到裸版，量S21，也就是Insertion Loss。不然以下圖，你今天串一個1nH電感，並5pF電容，其Insertion Loss高達3.7dBm，這樣的話，無論你阻抗多接近50奧姆，這組Matching都不能用，說白了就是匹配插損大！

你們都知道，由於GPS訊號太微弱，因此對於Loss要很是計較，哪怕是SAW Filter或Diplexer，Loss也不會到3.7dBm，就更不能讓一組匹配Loss就高達3.7dBm了！！！並且這是在LNA輸入端，亦即你光這組Matching，就會讓你的靈敏度，劣化3.7dBm，那你後面無論怎麼調CNR跟靈敏度，都不會好。

固然，若是要串聯電感，記得要選高Q值的，由於Loss會比較小，另外高Q值電感還有擋帶外噪聲的功能。

②　Step1，拿有上件的PCB，若是是Switch，就額外供給Vcc跟控制訊號，把Switch開啓，Port1接Connector，Port2接Pre-SAW輸出，調Matching2，調到50奧姆。

固然，仍是同樣，Matching2調到50奧姆後，要再用裸版驗證其Insertion Loss。

也許有人會問，我怕能夠調Matching1嗎?

答案是最好不要，由於Matching1也會影響到WiFi，因此一旦Matching1調到50奧姆，其Insertion Loss也很小，就肯定下來，後面最好就不要再去更動。

③　Step3，拿有上件的PCB，若是是Switch，就額外供給Vcc跟控制訊號，把Switch開啓，Port1接Connector，Port2接eLNA輸入，調Matching3。

值得注意的是，此時你的Matching3，而是調到Noise Figure最低的阻抗點，多是非50奧姆。其實不少手機射頻工程師其實對於GPS LNA更多的關注CNR值。

那麼有人會問，偏離了50奧姆，由於Mismatch Loss，連帶Insertion Loss必定會變大，你剛說一組Matching的Loss若是偏大，再怎樣都不能用。那我該如何衡量這組 Matching能不能用？？

這是個好問題，咱們用下圖解釋：

由於網分是50奧姆系統，因此當你Matching3偏離了50奧姆，量出來的Insertion Loss固然會偏大(Mismatch Loss的貢獻)，例如1dBm。可是LNA是非50奧姆系統，故此時Matching3對LNA來說，其Loss就不必定是1dBm，也許會比較小。

但仍是要謹記剛所說起的原則，Matching的Loss不宜過大，假設你今天Matching3，用50奧姆系統的網分看，其Loss是5dBm。你以爲有可能，對非50奧姆的LNA來說，其Loss就縮減爲0.3dBm嗎??

固然不會啊，針對Matching3，即使50奧姆系統網份量到的Loss，跟非50奧姆系統LNA看到的Loss不一樣，但Loss越小越好，都是不變的原則。尤爲是 (串聯電感 + 並聯電容)這種組合，更要特別注意。

也許有工程師會問：爲啥不是調Matching2？

由於Matching3離LNA最近，因此影響LNA最大。所以，使阻抗座落在LNA之Noise Figure最低之處，這個任務，由Matching3來完成。Matching2只要確保50奧姆，Insertion Loss不要太大，這樣就能夠了。

我光Matching1到Matching3，就花這麼多時間，我後面還有Matching4跟Matching5，這哪調試的完??

LNA以前，是最關鍵的，因此基本上而言，Matching1到Matching3做完就差很少了，Matching4跟Matching5，不是那麼重要。咱們以Noise Figure公式說明，以下式：

由上式可知，LNA輸入端的Loss，也就是F1，是最關鍵的。所以擺放eLNA時，確定是離GPS天線越近越好，以減少F1，以下圖：

由於爲了不干擾，GPS天線會遠離主天線，而主天線又會靠近接收機，再加上咱們把eLNA，靠近GPS天線。換言之，eLNA到接收機的走線會很長，但由Noise Figure公式得知，eLNA到接收機的走線，其Loss會被eLNA的Gain稀釋，故就算走線很長，Insertion Loss很大，其實對於總體靈敏度，並沒有啥太大影響。

即使Matching4跟Matching5不調，以致於阻抗會有Mismatch Loss，連帶使得Insertion Loss變大，但由於已經在eLNA後面，因此對靈敏度不會有啥影響。 如前述，eLNA到接收機，這麼長的走線，這麼大的Insertion Loss，都沒在怕了， 又何必太擔憂Matching4跟Matching5呢?

因此，坦白講，Matching4跟Matching5，是錦上添花，好上加好，一般是你想讓靈敏度再更好，纔去調。若是作完Matching1到Matching3，其靈敏度你能夠接受，那固然Matching4跟Matching5就不用調。反之，若是你調完Matching1到Matching3，靈敏度仍是很爛，那Matching4跟Matching5，也是救不了你，那就更不用調。

因此，其實到Step3就能夠結束，不過若你想進一步提高靈敏度，那固然能夠再調Matching4跟Matching5。

④　Step4，拿有上件的PCB，若是是Switch，就額外供給Vcc跟控制訊號，把Switch 開啓，eLNA也是額外供給Vcc，使其開啓。Port1接Connector，Port2接Post-SAW輸出，調Matching4，調到50 奧姆附近。

固然，仍是同樣 Matching4調到50奧姆後，要再用裸版驗證其Insertion Loss。

⑤　Step5，若軟件已就緒，其接收機能夠開啓，拿有上件的PCB，若是是Switch， 就額外供給Vcc跟控制訊號，把Switch開啓。eLNA也是額外供給Vcc，使其開啓。而後用軟件方式讓接收機開啓，Port1接Connector，調Matching5。

注意~!! 同Matching3通常，此時Matching5，未必是調到50奧姆。這時要跟平臺廠商，例如Qualcomm或MTK，索取接收機的Noise Circle，把Matching5調到Noise Figure最低的阻抗點，而非50奧姆。

固然，仍是同樣，Matching5調完後，要再用裸版驗證其Insertion Loss。

也許到這裏有人會問，爲啥不接Port2？

這牽扯到負載的觀念，以通常的50奧姆匹配爲例，以下圖：

你最終的目的是，從Source端，一路看到負載端，都是50奧姆。要如何達成這目的??

那就是透過Matching，使Source端跟負載端之間，作一個阻抗轉換的動做，這即是所謂的阻抗匹配。因此，Matching只是橋樑，你還必需要有Source端跟負載端，網分的Port1，就是Source端，網分的Port2，就是負載端。所以Port1跟Port2都要接，即使你只量S11，由於Source端跟負載端，缺一不可。

但在Step5中，接收機已是負載端了，既然如此，固然就不須要接Port2。就算你要接，請問你要接到哪？？接到基頻芯片的輸入端嗎？

固然不可能啊。

調Matching5的時候嗎，接收機必定要開啓嗎？

答案是確定的！

由於接收機是負載端。若是你接收機不開啓，那等同於你的負載阻抗是無限大，以下圖:

最後一個問題，若是你負載阻抗是無限大，表示無論你Matching怎麼調，從Source端，一路看到負載端，都是Open，那請問你調Matching的用意何在？？

因此接收機，固然要開啓！