<p><em>作者：Criterion</em></p>
<p><strong>1.</strong> 在射频电路中串100pF相当于直连，这是为何？</p>
<p>依照下述容抗公式</p>
<p><img alt="1" data-entity-type="file" data-entity-uuid="ae1c8566-7d3a-419c-8e90-869808c975d8" src="/sites/default/files/inline-images/1_56.jpg" /></p>
<p>频率为0 就是开路所以只要串电容不管电容值为何就是可以挡DC</p>
<p>再来由上述公式也知电容值越大其容抗越小亦即Loss 越小</p>
<p>同时也得知电容值越大对RF 讯号而言会越接近0 奥姆电阻</p>
<p>而0 奥姆理论上对于RF 阻抗是不会有任何改变</p>
<p>所以得到一个结论</p>
<p>理论上串一个大电容不但可以当DC Block 同时也不会影响RF 的阻抗</p>
<p><strong>2.</strong>为什么都是pF 级别的呢，按理说nF 级别的电容容抗更小啊，为什么不用呢？</p>
<p>RF 走线跟电容的接合处是一个阻抗不连续面如下图:</p>
<p><img alt="2" data-entity-type="file" data-entity-uuid="e99582ed-ec25-4469-ba40-ff110942aa34" src="/sites/default/files/inline-images/2_54.jpg" /></p>
<p>一般而言电容值越大其Size 也会越大其接合处阻抗偏移程度也会越严重</p>
<p>这就失去了上述『同时也不会影响RF 的阻抗』的作用</p>
<p>换言之你串一个大Size 的电容尽管其电容值很大容抗很小</p>
<p>但很可能其阻抗偏移造成的Loss 还更大</p>
<p>既然100 pF 就能做到的事何必硬要用个3.9 nF 来徒增麻烦???</p>
<p>看Loss 不是只看Insertion Loss 还要考虑Mismatch Loss</p>
<p><strong>3. </strong>那假设同样都是0402 的尺寸好了为啥只能用pF 等级?</p>
<p>0402 尺寸的电容中所有材质都可到达nF 等级有些甚至可到达uF 等级</p>
<p><img alt="3" data-entity-type="file" data-entity-uuid="120c35aa-2853-44c1-8ee3-d551254a284c" src="/sites/default/files/inline-images/3_47.jpg" /></p>
<p><strong>4.</strong>但这些材质中只有C0G(或叫NP0)材质的电容其稳定度是最高的</p>
<p>时间稳定度:</p>
<p><img alt="4" data-entity-type="file" data-entity-uuid="b5bfe742-ff35-4dca-a715-9bdaad998c0f" src="/sites/default/files/inline-images/4_44.jpg" /></p>
<p>温度稳定度:</p>
<p><img alt="5" data-entity-type="file" data-entity-uuid="94d9f0c3-c4a1-4619-89fe-a6f011cb2f79" src="/sites/default/files/inline-images/5_40.jpg" /></p>
<p><strong>5.</strong>频率稳定度:</p>
<p> <img alt="6" data-entity-type="file" data-entity-uuid="1c2ed1be-404f-404f-a5a6-994908c76471" src="/sites/default/files/inline-images/6_33.jpg" /></p>
<p><strong>6.</strong>换言之只有C0G(NP0)材质的电容其电容值不随时间,温度, 频率而有所偏差</p>
<p>因此在RF 应用中只有C0G(NP0)材质的电容为首选其他都不是好选择</p>
<p>而C0G(NP0)材质的电容值最大也只到1nF</p>
<p>所以多半只能用pF 等级</p>
<p><img alt="7" data-entity-type="file" data-entity-uuid="0282e65b-bb1d-4010-99f5-852f8e56b80e" src="/sites/default/files/inline-images/7_27.jpg" /></p>
<p><strong>7</strong>.假设同样都是0402 的尺寸同样都是C0G(NP0)材质</p>
<p>最大也还有1nF 为啥只能用pF 等级?</p>
<p>先来比较IL (Insertion Loss) 假设RF 频率为LTE Band 7 的2700 MHz 好了</p>
<p>1nF 的IL 为0.036 dB</p>
<p><img alt="8" data-entity-type="file" data-entity-uuid="946546e4-d5d6-4192-a4d7-550ddf2bc195" src="/sites/default/files/inline-images/8_20.jpg" /></p>
<p><strong>8. </strong>8pF 的IL 为0.0385 dB</p>
<p>IL 方面确实8pF 比较大因为电容值越小其ESR 越大当然IL 就越大</p>
<p>所以1nF 跟8pF 之所以IL 有差主要是来自于ESR 的差异</p>
<p>但话说回来一个0.036 dB 一个0.0385 dB</p>
<p>其实也没啥太大差别不需要计较到0.0025 dB 的差异</p>
<p><img alt="9" data-entity-type="file" data-entity-uuid="f50f5c54-5b76-4a92-ae4d-03c92a459f42" src="/sites/default/files/inline-images/9_14.jpg" /></p>
<p><strong>9.</strong>但阻抗偏移程度就有差别了假设原始阻抗为50 奥姆如下图:</p>
<p>由上图可知1nF 的阻抗偏移程度比8pF 来得大</p>
<p>这就失去了DC Block『同时也不会影响RF 的阻抗』的作用</p>
<p>换言之如果RF 走线阻抗控制得好走线够短够宽</p>
<p>原则上用8pF 当DC Block 其阻抗依旧为50 奥姆</p>
<p>不用再额外调匹配使其整体阻抗恢复到50 奥姆</p>
<p>但若用1nF 当DC Block 其阻抗会偏离50 奥姆</p>
<p>需要额外再调匹配使其整体阻抗恢复到50 奥姆</p>
<p><img alt="1" data-entity-type="file" data-entity-uuid="550bfd40-6723-4f53-8d7a-c62a99f24e0c" src="/sites/default/files/inline-images/10_16.jpg" /></p>
<p><strong>10.</strong>因此若用1nF 当DC Block 还需再串联一个4pF 的电容</p>
<p>方可使整体阻抗恢复到50 奥姆</p>
<p><img alt="1" data-entity-type="file" data-entity-uuid="e4fc3eb5-6b0f-4167-a252-7f95e69e4846" src="/sites/default/files/inline-images/11_16.jpg" /></p>
<p><strong>11.</strong>再来看一下多串了4pF 电容后的IL</p>
<p><img alt="2" data-entity-type="file" data-entity-uuid="7759416e-c2ef-40c8-8980-ee057aebf1db" src="/sites/default/files/inline-images/12_12.jpg" /></p>
<p><strong>12.</strong>因此整理如下:</p>
<p>这表示说你为了要节省那0.0025 dB 的IL</p>
<p>舍弃8pF 而采用1nF 的DC Block</p>
<p>结果需要额外再加4pF 的电容来恢复50 奥姆阻抗</p>
<p>换言之</p>
<p>不但额外多出了调匹配的时间跟工作量同时也额外多出了0.0135 dB 的IL</p>
<p>这笔交易你觉得划算吗??</p>
<p>只要是串联无源组件不管是电感, 电容, 还是电阻</p>
<p>因为其内阻缘故就是会额外贡献IL</p>
<p>因此除非必要否则串联组件能不加就不加</p>
<p>在此原则下相较于1nF</p>
<p>8pF 当然是较佳的DC Block 选择</p>
<p><img alt="3" data-entity-type="file" data-entity-uuid="02feb98d-02c6-499f-9e1b-99ee4d16e75a" src="/sites/default/files/inline-images/13_11.jpg" /></p>
<p><strong>13.</strong>根据第一点所述电容值越大会越接近0 奥姆其阻抗偏移程度应该更小</p>
<p>那理论上1nF 应该更接近0 奥姆为啥阻抗偏移程度还比8pF 大?</p>
<p>还有怎会是往右上跑? 那是串电感才会有的轨迹吧?</p>
<p>这就是重点所在了第一点讲的是理想组件的情况</p>
<p>但真实的电容会有SRF 其1nF 跟8pF 的SRF 如下图:</p>
<p><img alt="4" data-entity-type="file" data-entity-uuid="79ebd8f6-eacb-44c8-bd9b-2aca3e31bbe4" src="/sites/default/files/inline-images/14_10.jpg" /></p>
<p>顺带一提串联的SRF 要看S11 并联的SRF 才是看S21</p>
<p>由上图可知8pF 的SRF 较接近RF 频率的2700 MHz 所以阻抗偏移程度较小</p>
<p>反之因为1nF 的SRF 较远离RF 频率的2700 MHz 所以阻抗偏移程度较大</p>
<p>所以阻抗偏移程度</p>
<p>不是光看电容值而是要由RF 频率跟电容SRF 的差距程度来决定</p>
<p>因为pF 等级电容的SRF 会较接近RF 频段亦即差距程度较小</p>
<p><strong>14.</strong>所以在RF 路径上用pF 等级来当DC Block 其阻抗的偏移程度会较小</p>
<p>这才符合DC Block『同时也不会影响RF 阻抗』的作用</p>
<p>这便是为何RF 路径上其DC Block 多半为pF 等级之故</p>
<p>另外串1nF 电容之所以轨迹会如电感一般往右上跑原因也是SRF</p>
<p>由上图可知1nF 的电容其SRF 为245 MHz 因此其行为模式如下图:</p>
<p><img alt="5" data-entity-type="file" data-entity-uuid="fff3ae29-6937-4266-b663-2be3cb35eb4d" src="/sites/default/files/inline-images/15_10.jpg" /></p>
<p>以SRF(245 MHz)为分水岭</p>
<p>若讯号频率座落在SRF 左边那就是电容模式其轨迹会往右下跑</p>
<p>若讯号频率正好座落在SRF 那就是电阻模式其轨迹几乎不动</p>
<p>(因为内阻很小不足以影响阻抗)</p>
<p>若讯号频率座落在SRF 右边那就是电感模式其轨迹会往右上跑</p>
<p><strong>15.</strong>如下图:</p>
<p><img alt="1" data-entity-type="file" data-entity-uuid="357f9d21-260d-407b-9166-72b9fdc33f3f" src="/sites/default/files/inline-images/16_8.jpg" /></p>
<p>因此这便是为何串1nF 电容其轨迹会如电感一般往右上跑</p>
<p>因为RF 频率(2700MHz)座落在SRF 右边此时是电感模式</p>
<p>所以仔细看串8pF 电容的轨迹其实也是微微往右上跑</p>
<p>因为8pF 电容的SRF 为2563 MHz</p>
<p>其RF 频率会座落在其SRF 右边此时是电感模式</p>
<p>同时也得知真实的电容不管值多大只有在讯号频率正好为SRF 时</p>
<p>才会完全等同于0 奥姆电阻</p>
<p>只要讯号频率不等于SRF 其行为模式就是电感模式跟电容模式两者之一</p>
<p><strong>16</strong>.因此再次验证为何RF 路径上其DC Block 多半为pF 等级</p>
<p>因为只有pF 等级的电容</p>
<p>才能使RF 频率座落在其SRF 左边这样才能呈现电容模式</p>
<p>而非电感模式因为这样是等同于把电容当电感用</p>
<p>此时就变成了DC Blocking inductor</p>
<p>倒也不是说这样一定会有啥危害只是若能避免就尽量避免</p>
<p><strong>17.</strong>为啥电感都是nH 级别的？</p>
<p>一般而言电感在RF 路径上的串联都是作匹配用根据感抗公式如下式:</p>
<p><img alt="7" data-entity-type="file" data-entity-uuid="af329e4d-c55e-4f03-95cb-464a6631de72" src="/sites/default/files/inline-images/17_5.jpg" /></p>
<p>电感值越大其感抗就越大IL 越大</p>
<p>因此串联电感值能小的话当然尽可能是越小越好以减少IL</p>
<p>除此之外串联电感值越大其阻抗就偏移越多如下图:</p>
<p><img alt="8" data-entity-type="file" data-entity-uuid="663966f3-0b6f-4689-a3f7-776580cf0617" src="/sites/default/files/inline-images/18_5.jpg" /></p>
<p>换言之若会需要串联大电感来作匹配</p>
<p>那表示PCB 走线的原始阻抗离50 奥姆非常非常远</p>
<p>但基本上若有做好阻抗控制其PCB走线的原始阻抗不至于会离50 奥姆太远</p>
<p>如此一来在RF 路径上就更无串联大电感的需求了</p>
<p>何需去增大IL 呢?</p>
<p><strong>18.</strong>除此之外电感同电容一般一样有SRF 其行为模式如下:</p>
<p><img alt="1" data-entity-type="file" data-entity-uuid="5384f13a-fbd6-44db-b16a-fd0e3952d266" src="/sites/default/files/inline-images/19_5.jpg" /></p>
<p>一样以SRF 为分水岭</p>
<p>若讯号频率座落在SRF 左边那就是电感模式其轨迹会往右上跑</p>
<p>若讯号频率正好座落在SRF 那就是电阻模式其轨迹几乎不动</p>
<p>(因为内阻很小不足以影响阻抗)</p>
<p>若讯号频率座落在SRF 右边那就是电容模式其轨迹会往右下跑</p>
<p>所以再次验证为何RF 路径上其串联电感多半为nH 等级</p>
<p>因为只有nH 等级的电感</p>
<p>才能使RF 频率座落在其SRF 左边这样才能呈现电感模式</p>
<p>此时阻抗轨迹才好预测这样作匹配才会顺利一些</p>
<p>否则由于PCB 走线跟迭构的寄生效应使得在作匹配时</p>
<p>其阻抗轨迹已经跟仿真的预测有所误差了</p>
<p>倘若组件本身的阻抗轨迹又难以预测串电感却往右下跑</p>
<p>这会使得网分量到的阻抗轨迹跟仿真的预测有更大误差</p>
<p>那倒不如盲调算了</p>
<p><strong>19.</strong>同时又再次验证为何RF 路径上其电容多半为pF 等级</p>
<p>因为只有pF 等级的电容</p>
<p>才能使RF 频率座落在其SRF 左边呈现电容模式</p>
<p>这样在作匹配时其阻抗轨迹才好预测</p>
<p>来源： <a href="https://mp.weixin.qq.com/s/-bi3DKT45ywWtWAq0r5Uow">射频百花潭</a></p>