射频指标之EVM / 四六文摘

说到EVM首先先介绍下EVM是什么，其是指目标功率与实际功率的一个矢量差，用下图可以比较详细的表示：

下面就以几个问题来讨论EVM的问题：

1.问题背景：

TC芯片输出的EVM正常，单独测试PA输出的EVM也正常，级联之后EVM指标就变得很差；请问这可能是什么问题？如何解

大神解答：

可微调下收发器跟PA之间的Matching，调到50欧姆

从表述来看，收发器和PA本身都没啥问题，不管是线性度还是电源；

但级联起来之后，就多了PA input端的Matching；

因为收发器内部有个DA（Driver Amplifier）换言之，这的Matching同时也是DA的Load-pull；如果没有调到50欧姆附近，那么会使DA线性度不好，以至于收发器出来的EVM不好，那么PA输出的EVM肯定就更差（PA是最大的非线性贡献者）

再者，如果这组Matching没调到50欧姆附近，那么能量会反射到收发器，打到VCO进而产生VCO pulling；那么当然EVM变差了。

2.问题背景：

1)、问题描述项目（高通平台），其中B39在高温测试时，16QAM时EVM指标临界超标（10~12%，RMS值）。但是常温测试时EVM指标正常（2%~3%），温度大概在40~50°时开始恶化。其余TDD频段指标常温、高低温正常；PCB没有同频段的Band2
2)、已做实验：
1>EVM指标随温度升高而恶化
2>与功率无关：因为高温下降功率降为closeloop（-20dbm）时，EVM指标无改善
3>EVM指标恶化时，频偏、相位误差指标正常；线性度ACLR正常，余量基本上有5~6db
4>对比了另外一个项目，电源处理上的滤波电容一致
5>将PA干掉，在PA输入口量测 load，并使用风枪加热到120°，发现常温和高温时，PA输入端的load位置变化不明显。也可以基本排除高温下laod变化造成了EVM的恶化。其余TDD频段的EVM指标正常
3)、现在怀疑是RFIC或者基带在处理IQ信号时可能有问题，大家还有那些验证方案吗？下面打算将PA BYPASS，逐级分析了。但是觉得PA应该不会影响信号调制吧

大神解答：

『2）与功率无关：因为高温下降功率降为closeloop（-20dbm）时，EVM指标无改善』
-20 dBm 不保证EVM就一定Pass!!当你有Carrier Leakage时若输出功率处于Low Power Mode时，其Carrier Leakage的能量，会比主讯号还大，这导致SNR变差

而SNR跟EVM成反比

所以有Carrier Leakage时低功率反而会让EVM劣化

检查步骤 :

1.你Power不要降到-20 dBm那么低降到5 dBm就可以了如果还是Fail 那说明跟PA线性度无关(但不代表PA是清白的下面会讲)

2. 用频谱仪观察功率-20 dBm时主频处是否有上图那样一根突起因为你功率打23.5 dBm时 Carrier Leakage可能看不出来所以要用-20 dBm下去看如果有表示Carrier Leakage在作祟你重新Calibration看看

『3）EVM指标恶化时，频偏、相位误差指标正常』正常归正常重点是有没有差异!!因为EVM包含振幅跟相位

如果高温跟常温的频偏、相位误差差异不大方可说明跟I/Q讯号晶振甚至是VCO无关检查步骤 :
1. 观察高温跟常温的频偏、相位误差差异多少?

『将PA干掉，在PA输入口量测 load，并使用风枪加热到120°，发现常温和高温时，
PA输入端的load位置变化不明显。也可以基本排除高温下laod变化造成了EVM的恶化。其余TDD频段的EVM指标正常』你还忽略了一点 PA的input

但由上图可知，PA输入端的Matching，其实也是DA(Driver Amplifier)的Load-pull，因此这部分的Load-pull若没调校好，会使DA输出功率的平坦度不够，导致在PA输入端，EVM已偏高的情况发生，再加上PA是主要的非线性贡献者，如此便会导致EVM更差。另外，若PA输入端的Matching未收敛至50奥姆，则表示会有功率反射，进而干扰LO，导致EVM变差；

检查步骤 :
1.直接PA拔掉焊铜管在PA input 去观察EVM如果高低温有所差异表示你这现象跟PA无关收发器一出来就有了那就跳到步骤2

2. 拿一块裸版(上面完全没打组件) 或是废板观察收发器输出到PA输入这端的阻抗
(因为要把收发器拔掉再焊回去几乎不可能所以要拿裸版或废板)

先看常温时的阻抗如果已经50奥姆那就加热到120度看会不会因电感电容在高温下的误差而导致阻抗偏移；如果高温下阻抗会跑你就换个温度稳定度较好的电感电容试试；如果常温时就已经离50奥姆很远那就把PA input调到50奥姆；然后把调好的电感电容值更换到测试版子的PA input 再去做测试

『现在怀疑是RFIC或者基带在处理IQ信号时可能有问题，大家还有那些验证方案吗？下面打算将PA BYPASS，逐级分析了』

承上题如果这现象收发器一出来就有但是PA input的阻抗高温常温都50奥姆附近那就是收发器问题要嘛你重新校正不然就是发Case给高通因为有可能高温会让DA的bias偏掉以致于高温下收发器一出来EVM就很差那就是韧体或软件这要高通才能解决

由上图可看出，bias确实会影响EVM或是基频的Modem有问题，那还是要请高通解决如果PA input没这现象，那基本上就是PA问题了那就是换料试试，看是单体问题，还是厂商问题如果换了两三颗结果都一样，那就是厂商问题要嘛请FAE来帮忙看，或是换颗Pin-to-pin的PA试试

【很多看似高深难解无思路的问题往往都出在电源上，我觉得可以从供电上去排查】

这有可能!! 原先我的想法是如果跟电源有关理论上常温就Fail了不会等到高温才Fail但是电源线一定会有稳压电容而稳压电容的ESR会将涟波电流，转换为热能，若ESR越高，则转换的热能就越多

换句话说，随着涟波电流越大，ESR会使电容温度上升，ESR越大，则温度上升越多，

而温度上升，不仅对散热有所影响，对于电容值也会有所影响，
MLCC在温度稳定性，就不如钽质电容与铝电解电容，尤其是Y5V，温度升高时，其电容值会大幅下降。

而由下图可知，电容值的大小，也会影响稳压能力，换句话说，Y5V会因涟波电流加大，温度升高，电容值下降，而导致稳压能力下降，因此在挑选电容时，需额外注意温度的耐受度因素。

所以简单讲若要证实问题是否出在高温使稳压电容的稳压能力下降这个环节上可以用示波器去观察  电源电压的Ripple是否会在高温时变大
(PA跟收发器的都要看  因为不确定是哪个电源的稳压出问题)如果是换一个
1. ESR较小
2. 电容值较大 (理论上电容值越大  ESR越小  刚好跟第一点吻合)
3. 温度稳定度较好稳压电容试试如果问题依旧那应该就跟电源的稳压无关

至于SAW Filter的影响

一个是温飘但理论上这个因素其主频功率会大幅衰减而且只发生在高低通道另一个是Group Delay 有可能高温时Group Delay过大导致EVM Fail一样做实验把SAW Filter拔掉然后在input pin跟output pin 用铜管焊接切记不可直接用锡短路这样才能确保通路50奥姆

如果会有改善表示凶手是SAW但近几年我是很少看到SAW引起的EVM Fail 而且还是只在高温

【PA输入端测试EVM正常吗？如不正常很可能是layout上的问题，不知道你用的是哪个transceiver，之前我遇到类似的问题WTR1605L（TDD B38 B40EVM高温差），后来通过改PCB弄好了。高通的transceiver很多都要求做净空，且transceiver第二层最好是相对完整地，TX线旁和下面不要走电源线。你可以先调下NV 04212，尝试在原来值的基础上增大或减小一个值（不能改动太大不然注册不上），看看有没有改善，有改善的话跟layout关系就比较大】

以WTR1605L的Layout Guide而言

确实是开宗明义就说

记得之前问过Qualcomm 他们是回答说若铺铜寄生效应会影响VCO的性能假设真的有铺铜好了那理论上寄生效应肯定是常温就有为啥EVM在常温是OK 到高温才Fail?我的理解是 Phase Noise会在高温时恶化

由上图可看出温度越高 Phase Noise越大而由下图可知 Phase Noise大会提升讯号的Noise Floor意即信噪比会下降

而信噪比又跟EVM成反比因此EVM升高导致Fail整个关系就是

高温 => Phase Noise恶化 => 信噪比下降 => EVM上升

所以总结就是铺铜的寄生效应会使VCO的Phase Noise变差但常温时还不至于使Phase Noise变差到使EVM Fail但高温时 Phase Noise本身就已经会变差了再加上个寄生效应那Phase Noise就会劣化到使EVM Fail的地步了

如果要确认是否这原因那肯定是PA input就会有高温EVM Fail的现象了顺便检查Layout

3.问题背景：

最近还在做实验确认EVM问题
1）高温时确实从WTR的输出就已经恶化了
2）高通Review了PCB，暂时没有发现净空区处理明显异常的地方
3）单板在60°左右时EVM最差，过了65°后EVM指标又开始下降至5%~7%左右。如果是相噪引起该问题的话，那么相噪随着温度的上升又下降了一些，这个我不是很懂，请问相噪随着温度的升高会再降低吗？
4）同一块不良板，更换同一晶振厂家的新芯片【XO重新校准】，再去测试高温EVM，此时EVM在4~5%左右，不良板恢复正常了。如果是寄生效应引起的EVM恶化，我的理解是无论是否更换XO，不良单板的EVM都会恶化的。因为寄生效应是不变的，相噪也是不变的
——有没有这个可能性：晶振间的相噪不一致，导致叠加寄生效应产生的相噪后的总相噪不一致。所以不良板在同一厂家的晶振上表现也不一致？
5）频谱仪测量了下PMIC输出（WTR的相噪），没有明显的突起
6）如果是相噪恶化的话，我的理解是所有频段的EVM都会受到影响吧

C神解答：

1).【请问相噪随着温度的升高会降低吗？】

由你的实验看来，现象大概是这样吧：

由下图可知，VCO的Phase Noise确实是会跟着温度变化，当offset frequency =20MHz跟1MHz时（绿色曲线跟灰色曲线）；我们可以看到其Phase Noise在室温时（25摄氏度）是最小的，之后随着温度上升，其Phase Noise也跟着上升；

但其他的Offset Frequency就未必是这种趋势，例如Offset Frequency= 10KHz时（黑色曲线），60度的Phase Noise就比40（25）度时还小，所以还要看你的offsetfrequency，换句话说，还要看真正影响Tx信号的PhaseNoise是哪个Offset frequency；但原则上是不管哪个Offset Frequency室温的Phase Noise都会是最小的；

当然你会说，上图那是VCO啊，跟XO有啥关联？

问题是VCO也是由XO来的：

如果XO有这趋势，那VCO也或多或少也会有这趋势；

2).【把不良板的XO干掉，在XO_OUT PIN脚外供19.2MHz的信号源后，不良板的EVM恢复正常】

【同一块不良板，更换同一晶振厂家的新芯片【XO重新校准】，再去测试高温下EVM，此时EVM在4%～5%左右，不良板恢复正常】

如果今天你外灌19.2MHz依旧无改善，那我怀疑Phase Noise的恶化是来自于VCO，那就要进一步作WTR的SWAP实验；目前现象跟着XO走，那Root cause应该就是XO；

3).【有没有这个可能性：晶振间的相噪不一致，导致叠加寄生效应产生的相噪后的总相噪不一致，所以不良板在同一厂家晶振上表现也不一致？】

绝对有啊! 因为你说手上的单板不是所有单板在高温时EVM都偏高，也有EVM正常的单板
那基本上就先屏除Design因素  也就是Layout
因为如你所说  若是Layout造成
不管换不换XO  都是会Fail
更何况高通也Review过了认为没啥问题  那应该更可屏除这因素
一般而言若是Design issue原则上会每个单板都有问题
但若是部份单板有问题 Fail Rate并非百分百那就比较会是Material issue
量产时  因为量大  更可看出这趋势

当然你会说，同一厂家的晶振理论上Performance都一致啊，怎么会是Material issue？

这说法基本上不太对，即便同一厂家同一型号的料，也会有些料的Performance特别差的；

因为可能某批料在生产过程中，也许是制程因素或是封装因素之类的，导致性能特别差，每颗料都会有Data Code，这或许就可以观察得出；

所以量产时经常出现这现象；

4.【如果相噪恶化的话，我的理解是所有频段的EVM都会受到影响吧】

理论上是这样的，因为所有频段的LO都是来自XO，既然XO是元凶，那应该所有频段的EVM都会受影响；

你可以做实验，同样温度下，好板与坏板在其他band的EVM是否有所差异？

有可能其实其他band也是有差异的，只是因为都pass，所以忽略了；

建议直接用band7做实验，因为由下图可知：Phase Noise会跟频段有关；

而band7的频率范围跟B38/B40最相近；所以理论上，坏板B7的EVM应该也会比好板来的高，只是没有Fail；

如果没有太大差异，那合理解释就是Offset frequency不同

仔细看B7的Tx频率范围和B38/B40是不同，因此即便同温度同一颗XO，但Phase Noise的影响不同；

另外解Bug时常会遇到【牵一发不动全身】的现象，如下图：

如你讲的理论上XO出问题所有Band都要出事但实际上只有B38/B40出事因此解Bug时不可因为只有B38/B40出事其他Band都无事就判定XO是清白的再举个例子天下Bug出电源理论上PA电源有问题所有Tx 性能都会劣化但实际上很可能就只有EVM出事 ACLR是好的所以解Bug时不可因为Tx性能劣化非全面性就判定PA电源是清白的这种『牵一发不动全身』的现象我不太会解释但实际作案子时遇过非常多次这点要特别注意

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射频指标之EVM

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