覆盖多个频段的振荡器的设计
振荡器是现代通信中的关键部件。它们必须提供纯净、可靠的信号用于调谐无线电信号,并且可重复调谐,但功耗又不能太高。振荡器设计师现在被要求少花钱多做事,因为有更多
移动行业处理器接口(MIPI)联盟是负责推广移动设备软硬件标准化的组织。它已经发布了D-PHY规范,该规范可在芯片与设备之间的通信链路上实现高达1.5Gbps(1,500,000,000比特/秒)的数据传输率。MI功率电感器PI联盟还计划在近期发布M-PHY规范,进一步提高数据传输率,达到大约6Gbps的水平。随着需要更高数据吞吐量的移动应用和特性不断出现,对传输速率的要求也相应提高。这些应用和特性包括:高分辨率照相机捕获、高清视频显示,以及用于下一代长期演进(LTE)射频(RF)移动通信网络的复杂调制方案。
MIPI联盟下属的电气标准工作组投入了巨大的努力来制定这些物理层规范,以确保实际设计可以在移动环境中正常运行。由于移动设计的体积受到很大限制,许多元器件都挤在一个狭小密集的空间中,所以电源供电、散热、信号串扰和耦合等问题更加突出,工程师在设计过程中必须谨慎地考虑这些问题。此外,数字和射频电路都安装在这个狭窄空间中,会使电磁干扰(EMI)更加严重。这些新的挑战可能会带来各种不可预见的问题,单凭普通数字设计的经验无法解决这些问题。
图1,匹配电缆对的频率响应,额定带宽为18GHz。-3dB截止带宽实际上大约为10GHz,低于额定带宽。共模电感器除此之外,两条电缆的特性不相似,可能在部分信号内容过度衰减或放大时导致波形失真。特别是在第二条匹配电缆对上,可以在5GHz~8GHz之间看到频率响应凸起
MIPI联盟提倡使用一致性测大电流电感试套件(CTS)对设计进行测试,包括对发射机和接收机电路,以及信号互连进行测试。其目的是增强系统的互操作性,或保证不同厂商的设计在一起使用时能够良好地配合。特别是在进行发射机测试时,CTS可以使用探头和示波器进行关键的测量,例如信号幅度、通道内/通道间偏差、转换速率、抖动性能、眼图和时间要求。在进行测试时切勿忘记的一个重要因素是所使用的探测系统的精度,使用不一致的探头可能会降低设计的真正性能。例如,不规则的频率响应和探头的不匹配偏差有可能造成测量结果出现极大差异,导致尽管设计运行得更好,但是裕量减小。在本文中,您将了解如何通过现有的解决方案,只使用一台示波器来校正和匹配每个探头,使其具有相同且经过校正的响应,从而获得更多的设计裕量。
探头损耗和偏差对测量结果的影响
探头和电缆都具有固有的损耗和变化。损耗有时可能极大,或与标称值有一定的差距,导致测量结果发生变化。为了补偿固有损耗,示波器厂商通过数字信号处理(DSP)技术进行探头校正。供应商使用“最佳”模型,并应用到所有探头的的补偿和校正上。虽然这一策略可以解决某些损耗和变化,但也意味着如果一个探头的特性发生了变化、漂移或偏离开始使用的模型,那么对这个探头进行的补偿就不再正确了。现实中有很多探头组合连接到探头放大器上,为了获得最高测量精度必须对每种探头组合进行测量。最终的结果是,您可能会得到不必要的误差或探头与探头之间的差异。您也可以使用定制的探头。虽然这提供了很大的便利,但它也意味着,示波器厂商再也无法提插件电感器供“最佳”系统。
对于MIPI D-PHY或M-PHY发射机测试,最常用的探测方法包括使用有源差分探头直接焊接到产品信号路径上和用SMA同轴电缆连接到焊装有被测芯片的测试板上的信号路径上(图1)。由于信号是差分信号,而且必须对信号的电气性能进行单端分析,所以需要使用一对探头进行部分测试。这些测试包括测量共模电压幅度失配等。重要的是,您所使用的探头必须实现正确匹配,并且拥有相同的损耗性能特性,这样所测量的信号才代表了设计的真正性能。
图2,左侧屏幕截图显示的探头在进行共模电压测量时频率响应略有不同。结果显示为75mV,这主要是由探头频率响应不精确匹配造成的。在右侧屏幕截图中,使用高度匹配的探头进行同样功率电感的测量,结果显示共模电压仅为7mV,这是您的设计的真正性能。