RF耦合通道

电磁干扰（EMI）主要由辐射射频（RF）信号引发。在系统设计中，虽可采用滤波和屏蔽等技术来降低EMI，但这些方法却无法有效减轻片上RF耦合。RF耦合是RF域与其他域之间串扰的典型示例。无线发射器通常需要产生约10dBm范围内的输出功率，功率放大器（PA）负责产生这些功率，且有时会包含片上电感或变压器。由于电感的电磁辐射，一小部分发射功率会耦合到SoC内的其他域。无论耦合分量处于相同发射频率还是谐波频率，都会对收发器的性能造成负面影响，当集成频率合成器的输出信号频谱变得杂散时，这种影响就会变得十分明显。此外，相同的耦合机制也可能在SoC外部的PCB级别出现，天线辐射会影响附近其他域的关键PCB布线。

图1.带注释的域通常位于无线SoC中。

减少RF耦合的方法

通常情况下，任何以某一频率（）运行的模块都可能成为以另一频率（）运行模块的干扰源，反之亦然。当一个频率是另一个频率的精确整数倍时，可能会出现特殊情况。干扰源影响受影响模块的途径主要包括供应网络、寄生电容耦合、寄生磁耦合和基板耦合。

减少供应网络耦合

为减少通过电源网络的耦合，可以采用不同的稳压器。对于对电源噪声不敏感的干扰模块，应使用并联稳压器供电。反向电源抑制比（PSRR）是稳压器输出到其电源的信号传输函数，并联稳压器的该值较小。同样，对电源噪声敏感且对电源污染影响可忽略不计的模块，应由串联稳压器供电，串联稳压器的正向PSRR（电源噪声到稳压器输出的传输）较小。

图3.并联稳压器保护电源免受干扰器阻塞（a）的影响。串联稳压器保护敏感模块免受电源噪声（b）的影响。

此外，在每个模块附近添加充足的电源去耦电容也是减少电源网络耦合的常见方法。但需注意，应将去耦电容布线的寄生电阻降至最低，以提高其品质因数。当使用MOS器件实现去耦电容器时，应尽量减少单元去耦电容器的长度，以减小其通道电阻。与寄生电阻串联的电容器的阻抗在高频时会达到寄生电阻值饱和。

图4.与电源去耦电容串联的寄生电阻器会降低其性能。

添加无源或有源电源滤波器也是减轻电源网络耦合的一种方法，尽管设计工程师最初可能会因电源电压裕量损失而拒绝该方案。例如，对于一个具有1V电源且功耗为0.5mA的模块，插入100Ω电阻器仅会使电源裕量减少50mV。当添加的滤波器电容为16pF时，1GHz的电源噪声可衰减20dB。对于利用原生NMOS器件的面积高效有源滤波器，也能达到类似效果。

图5.这是无源电源滤波器设计中电源裕量和噪声过滤之间合理权衡的一个例子。

需要注意的是，将不同模块的接地连接分开并连接到不同的焊盘可能会导致严重问题，这种分离会污染敏感模块，而非隔离它们。

图7.当通信域的接地焊盘分离时，敏感模块的输入信号可能会受到污染（a）。当共享接地焊盘时，可以安全地传输相同的信号（b）。

减少寄生电容耦合

寄生电容耦合问题可在布局级别进行处理。敏感和嘈杂的节点应使用其参考电源轨进行屏蔽，合理的接地平面设计也有助于减少寄生电容耦合。由于电容与导体之间的距离成反比，因此增加走线之间的间距也是有效的解决方法。

减少寄生磁耦合

当长路线方向相同时，它们之间可能会发生磁耦合，尤其是在通往螺旋线圈一侧的长平行路线之间，这种耦合效果更为明显。当线圈同时承载高频和大幅度的电流时，如功率放大器，情况会变得更糟。为减少这种磁耦合，敏感路线应尽可能远离线圈和其他噪声路线，并且当布线彼此正交时，磁耦合会大幅减小。

图8.螺旋线圈和相邻长路线之间的磁耦合是一个严重的问题。

减少基板耦合

有时，噪声会通过衬底发生耦合。为克服这一问题，可以使用深N孔层将不同的电路隔离到井中，并在隔离域之间添加高电阻率固有层，相邻的体连接为不同的接地焊盘提供低阻抗路径。

图9.在使用深N孔和天然层的布局中可以实现结构域底物的分离。

此外，为进一步减少噪声从一个域到另一个域的传输，应尽可能使用差分信号进行域间连接，以最大限度地减少参考节点噪声的传递。同时，可以故意削弱一个域边界的信号驱动器，以减少所有信号到其他域的电传输，这种方法在处理CMOS逻辑信号（如高速时钟和数字总线）时非常有效。

总结

无线SoC系统中的RF耦合问题可能会严重降低系统的整体性能。在设计SoC布局规划并识别干扰源和受影响模块时，必须给予特别关注。通过实施上述耦合减少技术，有望获得所需的高性能无线SoC系统。随着无线通信技术的不断发展，对RF耦合问题的研究和解决将持续推动无线SoC设计的进步。