淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-2607201009002400
中文論文名稱 IEEE 802.11a/b/g/n多模雙頻低成本射頻前端模組(FEM)的設計與實現
英文論文名稱 Low Cost Design and Realize of Multi Mode and Dual Band RF Frond-End Module for IEEE 802.11a/b/g/n
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 章華順
研究生英文姓名 Hua-Shun Chang
學號 796440146
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-07
論文頁數 52頁
口試委員 指導教授-李慶烈
委員-丘建青
委員-陳一峰
中文關鍵字 射頻模組 
英文關鍵字 RF  RF IC  Module 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 本論文利用Sip(System-In-Package)的封裝方式設計一多模雙頻射頻前端低成本模組(FEM),其目標在達成縮小化的目且符合射頻性能的要求,以因應目前攜帶移動式產品的發展趨勢。
從PCMCIA至Mini PCI,再至PCI-e的介面演進過程,使其在電路板面積有嚴苛的限制,但其效能要求並不因此而降低,故模組化的設計變成了最主要的解決/整合模式。
IEEE 802.11n下的多通道輸出、多通道輸入(MIMO)的系統架構,已成現階段大量佔用電路板面積的最主要因素,經由射頻前端模組化(FEM)的設計概念就可解決此一問題。
本論文設計的前端射頻模組,其最終體積為6x5x1.4mm³,工作頻段為ISM Bands 2GHz/5GHz,模組內包含了低雜訊放大器、功率放大器、射頻切換器、匹配電路以及濾波器等射頻前端元件及電路。
本研究的Sip封裝之射頻模組流程,可以大大減少設計開發時間以及開發成本,且其開發門檻上比一般全積體電路式的開發門檻要小很多。本論文利用圖表以及流程圖來詳細描述以Sip封裝進行的射頻前端模組設計。
英文摘要 In this thesis, Sip (System-In-Package) packaging is employed to design a low-cost multi-mode dual-band RF front-end module (FEM), to reach its goal of size-reducing and meet the RF performance requirements, in response to the trends of the current mobile products.

For the evolution of the PC interface, from the specification of PCMCIA to Mini PCI, then to PCI-e, its performance does not require any less, though the circuit board area is of strict limit, for which the modular design is an important and consolidation solution.
In facts, the multi-channel output and the multi-channel input (MIMO) system architecture of IEEE 802.11n has become the most important factor of occupying a large circuit board area, which can be resolved through the design concept of RF front-end module (FEM).

The achieved volume of the front-end RF module implemented in this thesis is about 6x5x1.4mm³. In addition, the working frequency range includes ISM 2GHz/5GHz bands. The module contains RF front-end components and circuitry such as the low noise amplifier, power amplifier, RF switch, RF matching circuits and filters, etc.

The Sip packaging process for the RF module, studied is this thesis, can greatly reduce the time and costs for the design and development. Furthermore, the thresholds of its design/development are much smaller than those based on the full integrated circuit type. In this thesis, charts and flow charts are utilized to describe the details of the design of RF front-end module based the Sip packaging process.
論文目次 目錄
1. 序論………………………………………………………………..1
1.1 簡介…………………………………………………………...1
1.2 研究動機……………………………………………………...1
1.3 論文架構……………………………………………………...4
2. IEEE802.11 介紹……………………………………………….….5
2.1 IEEE 802.11 的定義………………………………………5
2.2 IEEE 802.11b/g 的定義…………………………………..6
2.3 IEEE 802.11a 的定義…………………………………….6
2.4 IEEE 802.11 n 定義……………….……………………...8
2.5 IEEE 802.11 a/b/g/n 性能比較…………………….….….9
3. 射頻模組電路……………………………………………….….…10
3.1 系統電路圖…………………………………………..….10
3.2 功率放大器(Power Amplifier)電路…………………..…11
3.2.1 功率放大器介紹………………………………….….13
3.2.2 錯誤向量幅度(EVM)……………………………..….14
3.2.3 功率放大器之線性度……………………………..….16
3.2.4 功率放大器之其他電性規格…………………….…..17
3.3 低雜訊放大器(Low Noise Amplifier)電路…...…………18
3.4 射頻切換器(RF Switch)電路…...………………….…….21
4. 印刷電路板設計以及佈局…………………………………………23
4.1 微帶線的基本觀念………………………………………….24
4.2 接地層的觀念解析………………………………………….26
4.3 印刷電路板層面解說……………………………………….27
4.4 零件佈局解說……………………………………………….31
5. 後製封裝……………………………………………………………32
5.1 射頻封裝簡介…………………………………………….34
VI
5.2 射頻封裝排版…………………………………………….35
5.3 射頻封裝流程……………………………………………….……36
6. 量測結果……………………………………………………………39
6.1 S-參數量測…………………………………………………40
6.2 射頻模組S 參數測量表示….……………………….…….41
6.2.1 2GHz 頻段發射端S 參數…………………………42
6.2.2 5GHz 頻段發射端S 參數…………………………43
6.2.3 2GHz 頻段接收端S 參數…………………………44
6.2.4 5GHz 頻段接收端S 參數………….…..…………45
6.3 FEM 效能量測……………………………………..…….46
7. 結論………………………………………………………….……...50
8. 參考文獻…………………………………………………….……...52
圖目錄
圖 1.1 一般架構的MIMO Radio 配置………………………………3
圖 1.2 FEM MIMO Radio 配置………………………………………3
圖2.1 一般傳統的無線網路傳輸方式例如802.11a/b/g……………...8
圖2.2 MIMO 的無線網路傳輸方式例如802.11n 或WiMAX……..8
圖2.3 以AP 為中心各種不同模態可支援的使用範圍……………...9
圖3.1 射頻模組電路架構圖…………………………………………10
圖3.2 5GHz 功率放大器的電路示意圖…………………………..12
圖3.3 2GHz 功率放大器的電路結構……………………………..12
圖3.4 用來定義EVM 的測量元素……………………………..…15
圖3.5(a) Pout(dBm) VS EVM(%)…………………………….…….16
圖3.5(b) 實驗設備示意圖…….…………………………….…….16
圖3.6 寬頻低雜訊放大器電路………………………………….…18
圖 3.7 一多級放大器的各級雜訊指數之示意圖……………….…19
圖 3.8 雜訊指數小並且良好示意圖…………………………….…20
圖 3.9 雜訊指數大並且不良示意圖…………………………….…20
圖 3.10 射頻切換器的示意圖………………………………..….…21
圖4.1 射頻模組電路板的堆疊剖面圖……………………….……23
圖4.2 微帶線結構示意圖……………………………………….…24
VIII
圖4.3 FR-4 印刷電路板上的微帶線阻配試算…………………25
圖4.4 在FR-4 印刷電路板上的CPW 阻抗試算…………………….25
圖4.5 射頻模組零件層佈局………………………………………….27
圖4.6 射頻模組第二層地層佈局…………………………………….28
圖4.7 射頻模組第三層電源層佈局………………………………….29
圖4.8 射頻模組第四層背版層佈局………………………………….30
圖4.9 以日商太陽誘電產品為例的0201尺寸圖……………………..31
圖4.10 射頻模組的零件層佈局實體圖…………………………...….32
圖5.1 以FR-4 為基版的射頻模組封裝圖…………………………...34
圖5.2 射頻封裝電路板排版方式……………………………………...35
圖5.3 射頻模組封裝製作流程示意圖………………………….……..36
圖5.4 一般IC 封裝的流程示意圖…………………………………….37
圖5.5 為封裝Pin 腳的比較……………………………………………38
圖6.1 雙埠網路測量的四個參數……………………………………..40
圖 6.2 射頻模組測試版……………..……………………………….41
圖 6.3 2GHz 功率放大器之S 參數…………………………………42
圖 6.4 5GHz 功率放大器之S 參數…………………………………43
圖 6.5 2GHz 低雜訊放大器之S 參數………………………………44
圖 6.6 5GHz 低雜訊放大器之S 參數………………………………45
IX
圖 6.7 Litepoint nXn 測試機………………………………………...46
圖 6.8 Litepoint nXn 的WLAN 特性測試畫面…………..………..48
圖 6.9 Frequency VS Output power………………………………….49
圖 6.10 Output Power VS EVM… …………………………………..49
表目錄
表2.1 IEEE 802.11a/b/g/n 的比較表……………………………...9
表3.1 5GHz Power Amplifier 特性表…………………………….17
表3.2 射頻切換器邏輯電位控制表………………………………22
表6.1 FEM 在各頻段的測試結果………………………………..48
參考文獻 [1] WikiPedia Organization “IEEE 802.11”. [Online].Available: http://zh.wikipedia.org/zh-tw/IEEE_802.11

[2] Agilent Technologies , “IEEE 802.11 Wireless LANPHY Layer (RF) Operation and Measurement.”[Online].Available: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5988-5411EN.pdf

[3] “高頻電路設計”市川裕一,青木 勝原著/卓聖鵬 譯 全華科技
2005年12月

[4] Mark I.Montrose, EMC and Printed Circuit Board. New York: IEEE PRESS, 1999.

[5] Guillermo Gonzalez, Microwave Transistor Amplifiers Analysis and Design Second Edition. Prentice Hall,1996.

[6] 謝昀錚,使用低溫共燒陶瓷技術設計與量測射頻模組,碩士論文,國立交通大學電機資訊學系 2005年6月

[7] Roger Bremer, Tracey Chavers, Zhongmin Yu.(2005,March), “從Wi-Fi收發器的PCB佈局看射頻電路電源和接地的設計方法”,電子工程專輯.[Online].Available: http://www.eettaiwan.com/ART_8800360910_675327_AN_da7381dd.HTM

[8] Lawrence Larson, Darryl Jessie, “Advances in RF Packaging Technologies for Next-Generation Wireless Communications Applications,” IEEE Custom Integrated Circuit Conference
vol .3, April 2007, pp.665-668

[9] Chun-Wen Paul Huang, William Vaillancourt, Christophe Masse,Joe Soricelli,Tony Quaglietta,Mark Doherty,Adrian Long, Charles Reiss,Gord Rabjohn, and Andrew Parolin , “A 5X5 mm Highly Integrated Dual-Band WLAN Front-End Module Simplifies 802.11a/b/g and 802.11n Radio Designs,”IEEE Radio Frequency Integrated Circuit Symposium vol .3, April 2007, pp.665-668


[10] Henrik Mokner, Mete Karakucuk, Gary Carr, Saul Espino, “A Full Duplex Front End Module for WiFi 802.11n Applications,” European Microwave Association, vol.12, no. 4, pp.162-165, Oct. 2008.

[11] M.Paillard, F.Bodereau ,C.Drevon, P.Monfraix, L.Cazaux,L.Bodin,
P.Guyon “Multilayer RF PCB for Space Applications:
technological and interconnections trade-off,” GAAS Symposium,
vol .7, no 2, pp.693-696, April 2005.

[12] David M.Pozar原著,郭仁財譯,微波工程Microwave Engineering 3rd ed/,高立圖書有限公司,2006年4月

論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2010-08-05公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2011-08-05起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信