什么是無源互調(diào)（PIM）?

在射頻系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)階段，由于有源器件本身的非線性特性，工程師通常會設(shè)計多種方案來提高射頻系統(tǒng)的線性度，降低互調(diào)帶來的影響。

無源互調(diào)（PIM）的來源

PIM可以發(fā)生在裝配的任何環(huán)節(jié)，PCB的加工，連接器和線纜的安裝甚至裝配方法和環(huán)境，都會對PIM帶來影響。例如：任何兩種不同金屬的連接點(diǎn)或接口處，例如連接器和電纜組件的連接處，天線和天線饋源的連接處，接觸不良的連接器，內(nèi)部生銹或氧化的連接器都會導(dǎo)致PIM。

無源互調(diào)的來源

PCB無源互調(diào)的產(chǎn)生機(jī)制

接觸非線性

半導(dǎo)體效應(yīng)

如果使用的器件材質(zhì)為金屬，接觸面表面則有可能會出現(xiàn)薄膜，如暴露在空氣中形成的氧化膜、物理吸附膜或化學(xué)吸附膜、表面的污染物等。

薄膜的存在使原本接觸良好的金屬-金屬(Metal-Metal，MM)接觸轉(zhuǎn)變?yōu)榻佑|不良的金屬-介質(zhì)層-金屬(Metal-Insulator-Metal，MIM)接觸。

當(dāng)線性電流經(jīng)過薄膜時，有可能會發(fā)生隧穿效應(yīng)、熱電子發(fā)射效應(yīng)等非線性微觀物理效應(yīng)，線性電流因此轉(zhuǎn)化為非線性電流，從而出現(xiàn)接觸非線性。

接觸電流效應(yīng)

從微觀角度考慮，金屬的表面呈現(xiàn)高低不一的復(fù)雜形態(tài)。當(dāng)發(fā)生接觸時，有部分區(qū)域并未發(fā)生接觸，實(shí)際上電流只會通過部分接觸的微凸體。由于實(shí)際接觸面積變小，電流線經(jīng)過接觸點(diǎn)時會收縮，導(dǎo)致電流線路徑變長且電流密度增大等情況。在每個微凸體上，電流聚集通過時會產(chǎn)生非線性電流，接觸面積的變化會影響非線性電流，從而導(dǎo)致PIM的產(chǎn)生。

金屬間接觸非線性

材料非線性

對于材料非線性的研究主要集中在鐵磁材料，鐵、鈷和鎳等鐵磁材料能比一般的材料產(chǎn)生更高水平的失真。

PCB板材在加工時為保證板材高可靠性及優(yōu)異蝕刻性能，通常會在銅箔表面鍍上金屬鍍層，如鎳、鋅、鉻，而鎳及其合金是典型的鐵磁性材料，由此產(chǎn)生了非線性，產(chǎn)生了PIM問題。

電熱耦合非線性

當(dāng)射頻系統(tǒng)按照額定功率工作一段時間后，由于導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗的存在，電路會產(chǎn)生焦耳熱效應(yīng)，從而導(dǎo)致溫度的變化。

由于金屬材料的電阻率會隨溫度變化，電阻率的變化又會反過來影響金屬中的電流，電流和溫度不斷反饋不斷耦合的過程即是電熱耦合產(chǎn)生PIM的機(jī)理。

如何改善PCB的無源互調(diào)？

使用反轉(zhuǎn)銅箔或低輪廓銅箔

銅箔粗糙度會影響PIM，普通銅箔粗糙度較大，銅箔上表面和下表面粗糙度都會影響PIM。

盡量選用薄銅箔

銅箔厚度會影響電流密度分布，從而影響PIM，低電流分布PIM容易小。

選用合適的表面處理工藝

沉錫，鍍銀都是比較好的PIM表面處理，而含有Fe、Co、Ni之類元素的表面處理會惡化PIM。

過孔設(shè)計

盡量多設(shè)計一些過孔，降低電流密度，射頻信號盡量不走過孔。

屏蔽盒設(shè)計

屏蔽盒打孔需離走線有3倍走線寬度以上的距離。

器件選型

元器件盡量避免使用鐵氧體材料，器件表面鍍金可以改善PIM，但鍍金前先鍍鎳會使PIM惡化。

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無源互調(diào)（PIM）影響因素及常見問題-電子發(fā)燒友