【導(dǎo)讀】頻率為0 就是開(kāi)路所以只要串電容不管電容值為何就是可以擋DC，再來(lái)由上述公式也知電容值越大其容抗越小亦即Loss 越小，同時(shí)也得知電容值越大對(duì)RF 訊號(hào)而言會(huì)越接近0 奧姆電阻。
1. 在射頻電路中串100pF相當(dāng)于直連，這是為何？
依照下述容抗公式
頻率為0 就是開(kāi)路所以只要串電容不管電容值為何就是可以擋DC，再來(lái)由上述公式也知電容值越大其容抗越小亦即Loss 越小，同時(shí)也得知電容值越大對(duì)RF 訊號(hào)而言會(huì)越接近0 奧姆電阻。
而0 奧姆理論上對(duì)于RF 阻抗是不會(huì)有任何改變，所以得到一個(gè)結(jié)論，理論上串一個(gè)大電容不但可以當(dāng)DC Block 同時(shí)也不會(huì)影響RF 的阻抗。
2.為什么都是pF 級(jí)別的呢，按理說(shuō)nF 級(jí)別的電容容抗更小啊，為什么不用呢？
RF 走線跟電容的接合處是一個(gè)阻抗不連續(xù)面如下圖:
一般而言電容值越大其Size 也會(huì)越大其接合處阻抗偏移程度也會(huì)越嚴(yán)重，這就失去了上述『同時(shí)也不會(huì)影響RF 的阻抗』的作用。
換言之你串一個(gè)大Size 的電容盡管其電容值很大容抗很小，但很可能其阻抗偏移造成的Loss 還更大。
既然100 pF 就能做到的事何必硬要用個(gè)3.9 nF 來(lái)徒增麻煩???看Loss 不是只看Insertion Loss 還要考慮Mismatch Loss。
3. 那假設(shè)同樣都是0402 的尺寸好了為啥只能用pF 等級(jí)?
0402 尺寸的電容中所有材質(zhì)都可到達(dá)nF 等級(jí)有些甚至可到達(dá)uF 等級(jí)
4. 但這些材質(zhì)中只有C0G(或叫NP0)材質(zhì)的電容其穩(wěn)定度是最高的
時(shí)間穩(wěn)定度:
溫度穩(wěn)定度:
5. 頻率穩(wěn)定度:
6. 換言之只有C0G(NP0)材質(zhì)的電容其電容值不隨時(shí)間,溫度, 頻率而有所偏差
因此在RF 應(yīng)用中只有C0G(NP0)材質(zhì)的電容為首選其他都不是好選擇，而C0G(NP0)材質(zhì)的電容值最大也只到1nF，所以多半只能用pF 等級(jí)。
7. 假設(shè)同樣都是0402 的尺寸同樣都是C0G(NP0)材質(zhì)
最大也還有1nF 為啥只能用pF 等級(jí)?先來(lái)比較IL (Insertion Loss) 假設(shè)RF 頻率為L(zhǎng)TE Band 7 的2700 MHz 好了。
1nF 的IL 為0.036 dB
8. 8pF 的IL 為0.0385 dB
IL 方面確實(shí)8pF 比較大因?yàn)殡娙葜翟叫∑銭SR 越大當(dāng)然IL 就越大，所以1nF 跟8pF 之所以IL 有差主要是來(lái)自于ESR 的差異。但話說(shuō)回來(lái)一個(gè)0.036 dB 一個(gè)0.0385 dB，其實(shí)也沒(méi)啥太大差別不需要計(jì)較到0.0025 dB 的差異。
9. 但阻抗偏移程度就有差別了假設(shè)原始阻抗為50 奧姆如下圖:
由上圖可知1nF 的阻抗偏移程度比8pF 來(lái)得大，這就失去了DC Block『同時(shí)也不會(huì)影響RF 的阻抗』的作用。
換言之如果RF 走線阻抗控制得好走線夠短夠?qū)?，原則上用8pF 當(dāng)DC Block 其阻抗依舊為50 奧姆，不用再額外調(diào)匹配使其整體阻抗恢復(fù)到50 奧姆。但若用1nF 當(dāng)DC Block 其阻抗會(huì)偏離50 奧姆，需要額外再調(diào)匹配使其整體阻抗恢復(fù)到50 奧姆。
10. 因此若用1nF 當(dāng)DC Block 還需再串聯(lián)一個(gè)4pF 的電容
方可使整體阻抗恢復(fù)到50 奧姆
11. 再來(lái)看一下多串了4pF 電容后的IL
12. 因此整理如下:
這表示說(shuō)你為了要節(jié)省那0.0025 dB 的IL，舍棄8pF 而采用1nF 的DC Block，結(jié)果需要額外再加4pF 的電容來(lái)恢復(fù)50 奧姆阻抗。
換言之，不但額外多出了調(diào)匹配的時(shí)間跟工作量同時(shí)也額外多出了0.0135 dB 的IL，這筆交易你覺(jué)得劃算嗎??
只要是串聯(lián)無(wú)源組件不管是電感, 電容, 還是電阻，因?yàn)槠鋬?nèi)阻緣故就是會(huì)額外貢獻(xiàn)IL。
因此除非必要否則串聯(lián)組件能不加就不加，在此原則下相較于1nF，8pF 當(dāng)然是較佳的DC Block 選擇。
13. 根據(jù)第一點(diǎn)所述電容值越大會(huì)越接近0 奧姆其阻抗偏移程度應(yīng)該更小
那理論上1nF 應(yīng)該更接近0 奧姆為啥阻抗偏移程度還比8pF 大?
還有怎會(huì)是往右上跑? 那是串電感才會(huì)有的軌跡吧?
這就是重點(diǎn)所在了第一點(diǎn)講的是理想組件的情況，但真實(shí)的電容會(huì)有SRF 其1nF 跟8pF 的SRF 如下圖:
順帶一提串聯(lián)的SRF 要看S11 并聯(lián)的SRF 才是看S21，由上圖可知8pF 的SRF 較接近RF 頻率的2700 MHz 所以阻抗偏移程度較小。
反之因?yàn)?nF 的SRF 較遠(yuǎn)離RF 頻率的2700 MHz 所以阻抗偏移程度較大，所以阻抗偏移程度。不是光看電容值而是要由RF 頻率跟電容SRF 的差距程度來(lái)決定，因?yàn)閜F 等級(jí)電容的SRF 會(huì)較接近RF 頻段亦即差距程度較小。
14.所以在RF 路徑上用pF 等級(jí)來(lái)當(dāng)DC Block 其阻抗的偏移程度會(huì)較小
這才符合DC Block『同時(shí)也不會(huì)影響RF 阻抗』的作用，這便是為何RF 路徑上其DC Block 多半為pF 等級(jí)之故，另外串1nF 電容之所以軌跡會(huì)如電感一般往右上跑原因也是SRF。
由上圖可知1nF 的電容其SRF 為245 MHz 因此其行為模式如下圖:
以SRF(245 MHz)為分水嶺
若訊號(hào)頻率座落在SRF 左邊那就是電容模式其軌跡會(huì)往右下跑；
若訊號(hào)頻率正好座落在SRF 那就是電阻模式其軌跡幾乎不動(dòng)(因?yàn)閮?nèi)阻很小不足以影響阻抗)，若訊號(hào)頻率座落在SRF 右邊那就是電感模式其軌跡會(huì)往右上跑。
15. 如下圖:
因此這便是為何串1nF 電容其軌跡會(huì)如電感一般往右上跑。
因?yàn)镽F 頻率(2700MHz)座落在SRF 右邊此時(shí)是電感模式，所以仔細(xì)看串8pF 電容的軌跡其實(shí)也是微微往右上跑。
因?yàn)?pF 電容的SRF 為2563 MHz，其RF 頻率會(huì)座落在其SRF 右邊此時(shí)是電感模式。
同時(shí)也得知真實(shí)的電容不管值多大只有在訊號(hào)頻率正好為SRF 時(shí)，才會(huì)完全等同于0 奧姆電阻，只要訊號(hào)頻率不等于SRF 其行為模式就是電感模式跟電容模式兩者之一。
16.因此再次驗(yàn)證為何RF 路徑上其DC Block 多半為pF 等級(jí)
因?yàn)橹挥衟F 等級(jí)的電容，才能使RF 頻率座落在其SRF 左邊這樣才能呈現(xiàn)電容模式，而非電感模式因?yàn)檫@樣是等同于把電容當(dāng)電感用。
此時(shí)就變成了DC Blocking inductor，倒也不是說(shuō)這樣一定會(huì)有啥危害只是若能避免就盡量避免。
17. 為啥電感都是nH 級(jí)別的？
一般而言電感在RF 路徑上的串聯(lián)都是作匹配用根據(jù)感抗公式如下式:
電感值越大其感抗就越大IL 越大，因此串聯(lián)電感值能小的話當(dāng)然盡可能是越小越好以減少I(mǎi)L。
除此之外串聯(lián)電感值越大其阻抗就偏移越多如下圖:
換言之若會(huì)需要串聯(lián)大電感來(lái)作匹配，那表示PCB 走線的原始阻抗離50 奧姆非常非常遠(yuǎn)。但基本上若有做好阻抗控制其PCB走線的原始阻抗不至于會(huì)離50 奧姆太遠(yuǎn)，如此一來(lái)在RF 路徑上就更無(wú)串聯(lián)大電感的需求了。何需去增大IL 呢?
18. 除此之外電感同電容一般一樣有SRF 其行為模式如下:
一樣以SRF 為分水嶺
若訊號(hào)頻率座落在SRF 左邊那就是電感模式其軌跡會(huì)往右上跑；
若訊號(hào)頻率正好座落在SRF 那就是電阻模式其軌跡幾乎不動(dòng)(因?yàn)閮?nèi)阻很小不足以影響阻抗)；
若訊號(hào)頻率座落在SRF 右邊那就是電容模式其軌跡會(huì)往右下跑，所以再次驗(yàn)證為何RF 路徑上其串聯(lián)電感多半為nH 等級(jí)。
因?yàn)橹挥衝H 等級(jí)的電感，才能使RF 頻率座落在其SRF 左邊這樣才能呈現(xiàn)電感模式。
此時(shí)阻抗軌跡才好預(yù)測(cè)這樣作匹配才會(huì)順利一些，否則由于PCB 走線跟迭構(gòu)的寄生效應(yīng)使得在作匹配時(shí)，其阻抗軌跡已經(jīng)跟仿真的預(yù)測(cè)有所誤差了。
倘若組件本身的阻抗軌跡又難以預(yù)測(cè)串電感卻往右下跑，這會(huì)使得網(wǎng)分量到的阻抗軌跡跟仿真的預(yù)測(cè)有更大誤差，那倒不如盲調(diào)算了。
19. 同時(shí)又再次驗(yàn)證為何RF 路徑上其電容多半為pF 等級(jí)
因?yàn)橹挥衟F 等級(jí)的電容，才能使RF 頻率座落在其SRF 左邊呈現(xiàn)電容模式，這樣在作匹配時(shí)其阻抗軌跡才好預(yù)測(cè)。
