【设计秘笈】智能手机高频电路设计中的电感匹配

周一, 15 一月 2018 - 13:55

对高频电路而言，电路之间的电感匹配很重要。电感匹配是指在信号的传输线路上，让发送端电路的输出阻抗与接收端电路的输入阻抗一致，匹配后，可以最大限度地把发送端的电力传送到接收端。

匹配电路使用电容器和电感器，但是实际的电容器和电感器与理想的元件不同，有损耗。表示该损耗的有Q值。Q值越大，表示电容器和电感器的损耗就越小。

电感的Q值与高频电路的损耗

匹配电路中使用的电感器的Q值的大小，对高频电路的损耗也会产生影响。 
为了确认此事，我们采用了村田的SAW滤波器 (通频带800MHz频段) 和RF电感，在匹配电路中换装Q值不同的RF电感，测量和比较了SAW滤波器的插入损耗。

图1表示电路图。此次的电路，虽说是匹配电路，但是只有一个RF电感器。
<img alt="图1: SAW滤波器与匹配电路" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="ec60a057-bab0-4e21-93d7-fda248e72908" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE1%EF%BC%9ASAW%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8%E4%B8%8E%E5%8C%B9%E9%85%8D%E7%94%B5%E8%B7%AF_0.gif" />
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图1: SAW滤波器与匹配电路
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图2表示此次进行了换装的RF电感的Q值的频率特性，表1表示结构、尺寸、Q值 (800MHz时的Typ.值)
<img alt="图2: RF电感的Q值比较 (均为7.5nH)" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="0d2634b5-7530-4dc1-a0b2-25b805e2ee0f" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE2%EF%BC%9ARF%E7%94%B5%E6%84%9F%E7%9A%84Q%E5%80%BC%E6%AF%94%E8%BE%83%20%28%E5%9D%87%E4%B8%BA7.5nH%29.png" />
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图2: RF电感的Q值比较 (均为7.5nH)
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表1 RF电感的比较
<img alt="表1 RF电感的比较" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="9063cc4c-f16c-4646-84b7-9d4e84636ebe" src="/sites/default/files/inline-images/%E8%A1%A81%20RF%E7%94%B5%E6%84%9F%E7%9A%84%E6%AF%94%E8%BE%83_0.JPG" />
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※图2的图表是采用村田提供的设计辅助工具SimSurfing表示的。
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换装匹配电路的RF电感时的SAW滤波器的整体特性见图3，通频带特性见图4。
<img alt="图3: SAW滤波器的整体特性" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="5ca3afa4-ef2d-4b8a-bb19-344c5722b208" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3%EF%BC%9ASAW%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8%E7%9A%84%E6%95%B4%E4%BD%93%E7%89%B9%E6%80%A7.gif" />
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图3: SAW滤波器的整体特性 
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<img alt="图4: SAW滤波器的通频带特性" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="5b3af2e9-adc1-494a-acaa-6242fe791c11" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE4%EF%BC%9ASAW%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8%E7%9A%84%E9%80%9A%E9%A2%91%E5%B8%A6%E7%89%B9%E6%80%A7.gif" />
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图4: SAW滤波器的通频带特性
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从图4的通频带特性来看，可以确认SAW滤波器的插入损耗因所使用的RF电感而异。高频电路的这种水平的损耗越来越重要。

从此次的实验结果可知，RF电感的Q值越大 (损耗越小) ，SAW滤波器的插入损耗就越小。也就是说，电感器损耗的大小就是包括匹配电路在内的SAW滤波器损耗的大小。

请注意，使用的高频元件 (此次为SAW滤波器) 、匹配电路、频段等不同，损耗也将各异。

电感的偏差与对匹配电路的影响

另外，实际的电感器的阻抗值为1.0nH、1.1nH、1.2nH之类的不连续值。进行匹配时，有时必须采用细致的常数步骤进行微调。同时，阻抗值的偏差 (标准离差) 会变成匹配的标准离差，为了满足必要特性，有时需要偏差小的电感器。村田的电感器当中，薄膜型LQP系列最符合细致的常数步骤和偏差小的要求。

根据以上情况，有必要对SAW滤波器的整合回路RF电感的Q特性、偏差值、尺寸、成本等方面，进行比较讨论之后做出选择。在贴装空间有剩余的情况下，Q值偏高的卷线电感LQW15/LQW04为最佳选择。此外，贴装空间有所限制的情况下，小尺寸0603、拥有较高Q值的LQP03HQ/LQP03TN_02为最佳选择。

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