手机射频之阻抗控制

阻抗控制的目的，便是希望讯号能完全由Source端，传送到Load端，毫无反射，阻抗控制作得越好，其反射就越少[1]。

以RF而言，单端讯号控制为50奥姆，差分讯号控制为100奥姆。至于为何RF 特征阻抗要定为50奥姆? 主要是最大传送功率(30奥姆)与最小Loss(77奥姆)的折衷[2]。

在做阻抗控制之前，要先向PCB厂要迭构数据，才能知道PCB参数。以手机而言，多半为8层板或10层板，8层板多半为3-2-3迭构

或Any Layer

10层板多半为4-2-4迭构

或Any Layer

当然Any Layer在走在线的弹性最大，但是价格最贵。

Trace型式

RF讯号在阻抗控制的型式，多半有4种，单端讯号走表层

单端讯号走内层

差分讯号走表层

差分讯号走内层

将上述四种型式的参数，整理如下:

单端讯号走表层 单端讯号走内层 差分讯号走表层差分讯号走内层

H1 覆膜厚度较大的与参考层距离覆膜厚度较大的与参考层距离H 与参考层距离两层参考层距离与参考层距离两层参考层距离W1 Trace下方宽度Trace下方宽度Trace下方宽度Trace下方宽度

W Trace上方宽度Trace上方宽度Trace上方宽度Trace上方宽度

S 与GND间距与GND间距差分线间距差分线间距

T Trace厚度Trace厚度Trace厚度Trace厚度

单端讯号多半会用Coplanar结构计算，因为与GND的间距，会影响阻抗。而差分讯号与GND的间距，对阻抗影响不大，反而是差分线间距影响较大，所以单端讯号的S，是与GND的间距，而差分讯号的S，是差分线间距。

至于线宽，因为制程缘故，所以洗出来会变梯型，而一般说的线宽，是指W1，而W多半以下式估算阻抗

W = W1 - 1

要注意的是，上式用的单位为mil，而一般计算阻抗时，也多半用mil 。

在此我们利用10层板Any layer来作阻抗控制，

计算结果如下:

TOP S

2.2

L2 G

2.2

L3

2.2

L4

2.2

L5 G

2.5

L6 S

2.2

L7 G

2.2

L8

2.2

L9 G

2.2

BOT S

50奥姆线宽 3.7 3.7 2.3

50奥姆对共平面地线距(D) 6 6 6

100奥姆(diff) 线宽 3.1 3.1 2.3

100奥姆(diff) 差动线距(S) 10 10 10

计算所得单端阻抗49.28 49.28 42.65

计算所得差分阻抗100 100 81.26

其中S是signal所走层面，而G是GND参考层，另外，单端讯号用的介电常数值，与差分讯号用的介电常数值不同，要特别注意。

虽然影响阻抗的因素有许多，但是RF工程师能控制的，只有H, H1, W1, S这四项，其它都取决于PCB厂，因此我们把这四个变量整理如下:

与阻抗关系

单端讯号走表层 单端讯号走内层 差分讯号走表层差分讯号走内层

H1 反比反比

H 正比正比

W1 反比反比反比反比

S 正比, 但6mil已差不多正比, 但6mil已差不多正比, 但10mil已差不多正比, 但10mil已差不多Q. 既然有10层板

层板，，为何只走表层跟第六层? 而不走其它层?

A. 这是阻抗计算出来的结果，假设如果走第二层，且单端讯号要50奥姆，差分

讯号要100奥姆，则线宽只有1.6mil，由[2]可知，线宽太细，容易有阻抗误

差与Insertion Loss(IL)过大的缺点。阻抗误差如下式:

阻抗误差= 線寬誤差線寬

因为PCB厂的制程能力，一般来说会有正负0.5mil的线宽误差，因此，若线宽过细，则可能会阻抗误差过大，导致每片PCB的阻抗都不同。

至于损耗过大，若是Tx的Trace，会导致power过小，若硬要以加大DAC方式来达成Target power，则可能会因PA的input power过大，而产生许多非线性效应，例如Harmonics, IMD……等[3]。

若是Rx的Trace线宽过细，则会导致Sensitivity不好。因为由[3]可知，当IL提升1dBm, 则NF也会多加1，则Sensitivity便会衰减1dBm。

Q. 为何单端/差分讯号在第六层的计算阻抗

差分讯号在第六层的计算阻抗，，并非理想的50奥姆/100奥姆?

A. 也是线宽考虑，虽然第六层的H1比其他层较大，2.5mil，而在阻抗不变情况

下，H1加大可有较大线宽，但50奥姆的计算结果，为1.7mil，比第二层的50奥姆1.6mil，只多了1mil。还是太细，因此只好牺牲一点阻抗，来拓宽线宽。

Q. 线宽跟阻抗的上下限为何?

A. 线宽最好有3mil以上，2.3mil是最下限，极度不建议线宽小于2.3mil。至于

阻抗，大概可以有正负15%的范围，以单端讯号而言，范围是42.5 奥姆~ 57.5 奥姆，而以差分讯号而言，范围是85奥姆~ 115奥姆。

只要阻抗在范围内，尽可能拓宽线宽，因为阻抗偏掉，可以靠匹配调回来， 但若Insertion Loss过大，则几乎无补救机制，因此两害相权取一轻情况下，宁可牺牲一点阻抗，来拓宽线宽。

然后也靠牺牲阻抗的方式，，来拓宽线宽?

Q. 那为何不走其它层

那为何不走其它层，，然后也靠牺牲阻抗的方式

A. 以手机寸土寸金的空间考虑，Main GND顶多只会有两层，以10层板而

言，Main GND会设计在第五层跟第七层，因此若要得到良好的Shielding效果，只能走第六层，若走第二层或第三层，一来会有其它数字或电源Trace，受干扰机会加大，二来是第二层或第三层上下两层的GND，多半是支离破碎，不会像第五层跟第七层的Main GND那样完整，因此若以Shielding效果考量，走第六层会比其他内层来得好。