滤波器Group Delay对于RF性能的影响
时间：10-02
整理：3721RD
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最近在评估一颗LTE TDD 的full band 带通滤波器，感觉它的带内纹波比较大，而且带内的S21 的group delay波动也比较大，波动最厉害的地方3.4MHz间隔就有10ns 的差别，而另外一家滤波器（AVAGO）的group delay 就比较正常。我想问一下这么剧烈的GROUP delay 抖动，会不会影响到上下行信号的解调?请看附件中蓝色曲线（红线是对比用的avago 的group delay）
先说结论 可能会有影响TX : EVMRX : 灵敏度尤其是1.4 MHz 的讯号带宽先说啥是Group Delay
由傅立叶变换得知 一个讯号 除非是正弦波 否则一定会有谐波成份换句话说 该讯号其实是由许多频率的成份所组成
因此 当该讯号通过一个Filter 时 每个频率成份的传输时间会有所不同这就是Group Delay 的由来
你就想象说赛跑时 每个选手抵达终点的时间会有所不同有人第一名 有人最后一名因此 若Group Delay 为0
表示该讯号的相位 自始至终 都是固定的 不会随频率改变同时也表示 该讯号每个频率成份的传输时间都一样
但实际上不可能 也就是说该讯号的相位 必定会随频率改变该讯号每个频率成份的传输时间 必定有所不同
所以简单讲 Group Delay 是一定会有 无可避免而我们由上图也知道 讯号相位随频率的变化曲线的负斜率就是Group Delay 如下图:
如果讯号相位随频率是线性变化 则Group Delay 为固定值 即绿色曲线红色曲线是讯号实际上的相位变化由左图可看出 若红色曲线越线性 亦即越贴近绿色曲线则右图的Group Delay 的起伏变化就越小反之 若左图的红色曲线越非线性 亦即越远离绿色曲线则右图的Group Delay 的起伏变化就越大而我们刚讲过 Group Delay 是一定会有 无可避免因此 该注意的不是Group Delay而是Group Delay 的起伏变化 也就是Ripple若Group Delay Ripple 越大 表示其左图的红色曲线越非线性使得讯号因相位的非线性变化 而有所失真所以我们得到一个结论 Group Delay Ripple 越大之处其讯号失真会越严重
再来我们看LTE 讯号 EVM 的定义:
Δα 是每个RB 经过该Filter 时 所遭受到的振幅变化Δ 是每个RB 经过该Filter 时 所遭受到的相位变化所以我们得到一个结论 若Group Delay Ripple 越大则相位变化越剧烈 那么EVM 就会越差而EVM 与SNR 关系如下 :
以RX 角度而言 若讯号EVM 越差 表示SNR 越差 则灵敏度越差所以我们得到一个结论 若Group Delay Ripple 越大TX 的EVM 会越差RX 的灵敏度会越差
所以由你的图来看 :
蓝色曲线这颗Filter 其中间通道的Group Delay Ripple 最大因此其TX 的EVM 跟RX 的灵敏度会最差而且以绿色曲线为基准 跟红色曲线比起来蓝色曲线在其他频率点 偏离绿色曲线的程度也颇大也就是说 蓝色曲线这颗Filter 在其他频率点的TX EVM 跟RX 灵敏度也会比红色曲线的AVAGO Filter 差很多
同时我们仔细观察红色曲线的AVAGO Filter其低信道跟高信道的Group Delay Ripple 会比较大 偏离绿色曲线较多这是正常的
由上图可知 Group Delay 在频率响应的转折处 本来就会比较大故以Band Pass Filter 为例本来就是低信道跟高信道的Group Delay Ripple 会比较大换句话说 AVAGO Filter 的曲线 比较像是典型Filter 该有的曲线因此以AVAGO Filter 而言 其低信道跟高信道的TX EVM, 以及RX 灵敏度, 会比其他通道差
另外 不同的讯号带宽 其劣化程度也不同以10 MHz 带宽而言 一共是50 个RB
很可能有5 个RB 的EVM 劣化 占整体10% (5/50 = 10%)
以1.4 MHz 带宽而言 一共是6 个RB
很可能有3 个RB 的EVM 劣化 占整体50% (3/6 = 50%)
所以我们得到一个结论越窄频的讯号 其EVM 受劣化的RB 整体比例就越高
再回到EVM 的公式:
刚讲的是每个RB 的EVM 定义而讯号整体的EVM 是把每个RB 的EVM平方之后相加 除于RB 数目 最后再开根号所以我们得到一个结论若其EVM 受劣化的RB 整体比例越高则讯号整体的EVM 就越差也就是说 以你这颗滤波器而言 一样都是中间通道原则上带宽1.4 MHz 的EVM 会比带宽20 MHz 的EVM 还要来得差
所以总结就是 以这颗滤波器而言看中间信道 1.4MHz 讯号带宽的EVM 跟灵敏度 你能不能接受?可以你就用不能你就换AVAGO
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由傅立叶变换得知 一个讯号 除非是正弦波 否则一定会有谐波成份换句话说 该讯号其实是由许多频率的成份所组成
因此 当该讯号通过一个Filter 时 每个频率成份的传输时间会有所不同这就是Group Delay 的由来
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表示该讯号的相位 自始至终 都是固定的 不会随频率改变同时也表示 该讯号每个频率成份的传输时间都一样
但实际上不可能 也就是说该讯号的相位 必定会随频率改变该讯号每个频率成份的传输时间 必定有所不同
所以简单讲 Group Delay 是一定会有 无可避免而我们由上图也知道 讯号相位随频率的变化曲线的负斜率就是Group Delay 如下图:
如果讯号相位随频率是线性变化 则Group Delay 为固定值 即绿色曲线红色曲线是讯号实际上的相位变化由左图可看出 若红色曲线越线性 亦即越贴近绿色曲线则右图的Group Delay 的起伏变化就越小反之 若左图的红色曲线越非线性 亦即越远离绿色曲线则右图的Group Delay 的起伏变化就越大而我们刚讲过 Group Delay 是一定会有 无可避免因此 该注意的不是Group Delay而是Group Delay 的起伏变化 也就是Ripple若Group Delay Ripple 越大 表示其左图的红色曲线越非线性使得讯号因相位的非线性变化 而有所失真所以我们得到一个结论 Group Delay Ripple 越大之处其讯号失真会越严重
再来我们看LTE 讯号 EVM 的定义:
Δα 是每个RB 经过该Filter 时 所遭受到的振幅变化Δ 是每个RB 经过该Filter 时 所遭受到的相位变化所以我们得到一个结论 若Group Delay Ripple 越大则相位变化越剧烈 那么EVM 就会越差而EVM 与SNR 关系如下 :
以RX 角度而言 若讯号EVM 越差 表示SNR 越差 则灵敏度越差所以我们得到一个结论 若Group Delay Ripple 越大TX 的EVM 会越差RX 的灵敏度会越差
所以由你的图来看 :
蓝色曲线这颗Filter 其中间通道的Group Delay Ripple 最大因此其TX 的EVM 跟RX 的灵敏度会最差而且以绿色曲线为基准 跟红色曲线比起来蓝色曲线在其他频率点 偏离绿色曲线的程度也颇大也就是说 蓝色曲线这颗Filter 在其他频率点的TX EVM 跟RX 灵敏度也会比红色曲线的AVAGO Filter 差很多
同时我们仔细观察红色曲线的AVAGO Filter其低信道跟高信道的Group Delay Ripple 会比较大 偏离绿色曲线较多这是正常的
由上图可知 Group Delay 在频率响应的转折处 本来就会比较大故以Band Pass Filter 为例本来就是低信道跟高信道的Group Delay Ripple 会比较大换句话说 AVAGO Filter 的曲线 比较像是典型Filter 该有的曲线因此以AVAGO Filter 而言 其低信道跟高信道的TX EVM, 以及RX 灵敏度, 会比其他通道差
另外 不同的讯号带宽 其劣化程度也不同以10 MHz 带宽而言 一共是50 个RB
很可能有5 个RB 的EVM 劣化 占整体10% (5/50 = 10%)
以1.4 MHz 带宽而言 一共是6 个RB
很可能有3 个RB 的EVM 劣化 占整体50% (3/6 = 50%)
所以我们得到一个结论越窄频的讯号 其EVM 受劣化的RB 整体比例就越高
再回到EVM 的公式:
刚讲的是每个RB 的EVM 定义而讯号整体的EVM 是把每个RB 的EVM平方之后相加 除于RB 数目 最后再开根号所以我们得到一个结论若其EVM 受劣化的RB 整体比例越高则讯号整体的EVM 就越差也就是说 以你这颗滤波器而言 一样都是中间通道原则上带宽1.4 MHz 的EVM 会比带宽20 MHz 的EVM 还要来得差
所以总结就是 以这颗滤波器而言看中间信道 1.4MHz 讯号带宽的EVM 跟灵敏度 你能不能接受?可以你就用不能你就换AVAGO
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