射频开关主要性能指标
1. 插入损耗(Insertion Loss, IL)
1.1 定义
定义了由开关输入端到输出端,传输信号所损耗的信号功率比率。
二端口网络的损耗公式:
若使用单个串联MOS管代替二端口网络,设开启状态MOS导通阻抗为,源阻抗与负载阻抗均为,则插入损耗可表示为:
1.2 对性能的影响
开关插入损耗会恶化发射与接收链路的性能。
- 对于发射链路,开关的插入损耗可直接等效降低功率放大器的输出功率,继而影响有效功率附加效率。
- 对于接收链路,开关插入损耗会直接影响接收机噪声、灵敏度等性能。
2. 隔离度
2.1 定义
关断路中,信号源功率,与泄露至关断路负载端的信号功率的比值。
表征了关断路所存在的信号泄漏量。
2.2 对性能影响
泄露原因:
- 串联MOS开关在关断的情况下,栅-源、栅-漏,源-漏等极间寄生电容会产生耦合作用,引起信号泄露。该泄露随着信号频率的升高而增加。
- 当信号功率过大,在信号的波谷,可能会发生关断MOS管的导通,造成大量信号泄露。
- 同一硅衬底的不同元件之间,衬底耦合也会引起一定的信号泄露,恶化隔离度。
收发机天线发射信号功率要比接收信号功率高数十dBm,因此发射模式下的隔离度性能尤为重要。
对于开关隔离度的优化,现有的技术有:
- 交流悬浮
- 负压偏置
- LC谐振网络
- ……
3. 线性度
3.1 1dB压缩点 (1dB Compression Point, P1dB)
设输入信号,输出信号,理想线性电路输入和输出信号为一阶线性关系:
而实际电路存在多种非线性因素引起多谐波响应:
若输入信号为单谐波信号,则:
1dB压缩点,越大越好。即线性度越好。
3.2 三阶截点
三阶截点功率值比1dB压缩点功率值高10dB。
当输入信号为双音信号(幅度相等,频率相近的双谐波信号),即:
设系统具有三阶非线性,即:
把双音信号带入之后,得:
画图表示为:
三阶截点:
- 随着功率增大,基波输出功率和三阶互调输出功率均出现非线性。
- 输出功率较低时,其非线性系数君位0.
- 当输出功率增大1dB时,基波输出功率增大1dB,三阶互调分量输出功率增大3dB。
- 当输入信号增大到某个值时,基波输出功率和三阶互调输出功率相等。
三阶截点越大,线性度越好。
4. 回波损耗(Return Loss,RL)
用于衡量端口匹配性能。
回波损耗越小,表示反射回来的信号比率越小,即信号能量利用率越高。
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