功率电感对GSM调制频谱的影响.pdf

由[1-3]可知，功率电感主要是拿来稳定电流用的，而输出电流之最大与最小值 差异，即所谓的涟波，理论上当然希望越小越好，即输出电流越稳定，这样可以 有较高的转换效率，以及较低的EMI 干扰，而电感值越大，则涟波越小。 另外，电感的高频等效模型与频率响应如下 : 由于线圈间会有寄生电容，与其电感产生并联谐振，因此会有SRF，而SRF 与 EPC 有关，因此EPC 越小越好，即可确保电感性的频率范围越广。而SRF 需至 少为DC-DC Converter 切换频率的十倍，例如若切换频率为 1.6MHz，则SRF 至 少需 16MHZ。 1 而我们可知电感在低频时，完全是个电阻，其阻抗由 DCR 控制，若 DCR 太大， 会使得电源走线的IR Drop 变大，使收发器或PA 的供给电压变小，导致线性度 下降，以至于发射端的性能变差，因此DCR 越小越好。 虽然电感值越大，涟波越小，然而电感值过大，会因绕线圈数变多，导致DCR 变大，因此需选取适当电感值，而非一味加大。 2 而有加 Shielding 的功率电感，DCR 较小，且可以防止EMI，同时也可避免与 邻近金属耦合。 没加Shielding 的功率电感，有可能会使其Switching Noise，透过邻近金属，以 传导方式，耦合到收发器的电源。或是直接以辐射的方式，直接打到收发器的电 源走线，并与主频产生InterModulation，亦即主频两旁正负1.6 MHz 的调制谱 突起，而PA 是最主要的非线性贡献者，若调制谱在PA 输入端就已经不好了， 则PA 输出当然只会更差[4]。 3 另外，当流经电流过大时，则电感值会下降，而电感值下降30%之流经电流， 我们定义为饱和电流，此时亦可称该功率电感进入饱和状态。 而进入饱和状态的功率电感，相当于一根导线，几乎没有稳定电流的作用，其涟 波会变非常大，因此饱和电流为判定功率电感线性度的指针，当然是越大越好， 一般至少需为流经电流之1.3 倍。 4 因此在挑選功率電感時，EPC 越小越好 ，SRF 越大越好 ，DCR 越小越好 ， 有加Shielding 比没加的好，饱和电流越大越好 。至于電感值 ，因为值越大， Ripple 越小 ，但会加大DCR ，导致IR Drop 变大 ，所以電感值要适当 ，过大过小 都不好[1-3] 。 而在Layout 方面，也需特別注意一些事項。下图L1301 就是所谓的功率电感 ， 用来稳定电流 ，换句话說，PMIC 到L1301 这段电源走线的电流 ，会非常不稳定 (因为尚未经过L1301) ，有很强的EMI 干扰，因此确实要越短越好，最好是直接 PMIC 一出来 ，就直接接L1301 ，也因此 ，PMIC 到L1301 这段电源走线 ，要远 离RF 走线。 由於DC-DC 输出的电源的底噪特别大 ，而且会有瞬时电流 (因为Switching Mode) ，因此需要C1302 来稳压，使瞬时电流都流到GND ，所以L1301 到C1302 的电源走线，也是越短越好，避免瞬时电流透过其他路径耦合或乱窜。至於有關 C1302 穩壓電容的注意事項，可參照[1-3] ，在此就不贅述。 5 要注意的是 ，也因为C1302 是负责使瞬时电流都流到GND ，所以其GND Pad ， 不可与其他IC 的GND 共地 ，也不可以跟其他IC 的落地电容共地，否则瞬时电 流会透过其共地 ，来干扰其他IC，尤其是PA[4]。 6 而功率电感下方要挖空，不要有金属，避免产生额外的EPC，导致电感性的频率 范围缩减[1-3]。 7 Reference [1] 上集_磁珠_ 电感_ 电阻_ 电容 于噪声抑制上之剖析与探讨, 百度文库 [2] 中集_磁珠_ 电感_ 电阻_ 电容