天線阻抗不匹配的損耗公式

若一個發射機(Transmitter)與天線的阻抗不匹配，則阻抗不匹配造成的loss如下。

L = (-10)*log(1-|Γ|^2)

L的單位是dB

Γ是反射係數，無單位

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使用範例： 

一個天線的S11=-10 dB，將此天線連接到輸出功率24 dBm之發射機，阻抗不匹配造成的損耗是多少？

S11=-10 dB，代表Return Loss=10 dB

Return Loss = (-20)*log|Γ|，由此可知|Γ| = 10^(-0.5)

L = (-10)*log(1-|Γ|^2) ≈ 0.458，由此可知損耗大約0.458 dB

發射機實際傳輸至天線的功率為23.542 dBm，相當於0.226W

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解析：

 Γ代表反射電壓波與入射電壓波之比值。根據P=V^2/R，功率(P)與電壓(V)之平方成正比，所以(1-|Γ|^2)代表總功率(100%)減掉反射掉的功率。

以範例的24 dBm為例，此功率相當於0.251 W。(1-|Γ|^2) = 0.9

0.251*0.9 = 0.2259 W，與範例的答案相符

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參考資料

浅析天线增益及效率的测试

方向性/天線增益/天線效率(Directivity/ Antenna Gain/ Antenna Efficiency)

核心概念：天線效率的量化

David M. Pozar. 《微波工程》. 由郭仁財翻譯. 高立圖書. 2016: 第643頁. ISBN 9789863780809.

 

Wi-Fi 頻道計算公式

2.4 G Wi-Fi

中心頻率(MHz) = 2407 + 5*Ch.

例如Channel 6的中心頻率為2407 + 5*6 = 2437 MHz 

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5 G Wi-Fi

中心頻率(MHz) = 5000 + 5*Ch.

例如Channel 100的中心頻率為5000 + 5*100 = 5500 MHz 

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6 G Wi-Fi

中心頻率(MHz) = 5950 + 5*Ch.

例如Channel 19的中心頻率為5950 + 5*19 = 6045 MHz  

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BLE (Bluetooth Low Energy)

中心頻率(MHz) = 2402 + 2*Ch.

例如Channel 19的中心頻率為2402 + 2*19 = 2440 MHz  

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參考資料

IEEE 802.11 A/B/G/N WLAN 技術概述

5 GHz Channel Planning

Wi-Fi 6E Standard and Channels – 802.11ax Operation in the 6 GHz Band

Wi-Fi 6E/IEEE 802.11ax: What's explicitly mentioned for 6 GHz?

藍牙BT測試小知識之一：藍牙channel 信道号的配置說明

免費的特性阻抗計算器: Impedance Calculator | Sierra Circuits

Impedance Calculator | Sierra Circuits

這是一家美國PCB廠商推出的線上特性阻抗計算器，可以用來計算PCB傳輸線的特性阻抗，而且完全免費，頂多有些功能要先註冊帳號而已

先提醒一下，以下圖片點擊後可放大 

為了驗證此工具的正確性，我先用知名的CITS Polar來計算CPW傳輸線阻抗

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以下尺寸單位皆為mil 

板厚：46.75

綠漆(Solder Mask)厚度：1.4

線寬：11(上), 11.5(下)

銅厚：1

傳輸線與兩側Ground的間隔：3.7

介電系數：4.3

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CITS Polar計算如下圖，阻抗為50.15 Ohm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

將相同參數輸入Sierra Circuits的網頁，則結果為51.49 Ohm

 

 

 

 

 

 

每家廠商的計算方式可能有所不同，這樣的差距算是很小，證明Sierra Circuits的計算結果是可信任的

 

疑似可修復滑鼠雙擊問題的「靜電排除法」

最近發現滑鼠即使只點一下，也會被判定為點兩下，原本打算直接買新滑鼠

但後來看到有人宣稱讓滑鼠斷電，然後不斷連擊三分鐘就可修復 （來源）

 

實際嘗試後發現真的有效！但實在不明白為何有效果，這與靜電的關係又是什麼？

總之最後修好滑鼠了 

 

順便附上一個測試連擊功能的網站

TRP (Total Radiated Power)的估算方式

TRP (Total Radiated Power)的計算方式與EIRP有些相似，不過TRP是用天線效率計算，EIRP則是用天線增益

 

公式如下

TRP = P * Antenna Efficiency

TRP單位是W

P代表發射器的輸出功率，單位也是W

若有一台訊號產生器的最大輸出功率是0.8 W，今日將此儀器接上效率60%的天線，則TRP = 0.8 * 60% = 0.48 W

 

此公式也可用dBm與dB來計算

若訊號產生器的最大輸出功率是0.8 W，將此儀器接上效率60%的天線

0.8 W = 10*log(800mW) = 29 dBm

60% = 10*log(0.6) = -2.2

因此TIS = 29 - 2.2 = 26.8 dBm

 

需注意這只是估算方式，與實際測量值會有落差

 

參考資料

總輻射功率/總等向性靈敏度(TRP/TIS)

How to test and estimate TIS/TRP

Guard Traces有效，但Via不能只有兩個

Guard Trace是一種用以防止兩條訊號線干擾（Cross Talk）的設計，簡單來說如下圖，在兩條訊號線之間增加一個接地線。

 

 

 

 

某些資料說在Guard Trace頭尾接地即可產生防止Cross Talk的效果，實際上不一定有效。

參考資料[1]與[2]是美國知名RF工程師Eric Bogatin做的研究，實際測量結果指出若是Microstrip，則Guard Trace效果不佳。

 

根據參考來源[3]與[4]，在Guard Trace上加上多個Ground Via，才能有效降低Cross Talk。

如下圖為來源[3]的設計。

 

 

 

參考資料

[1] Guard Traces: Love Them or Leave Them?

[2] Dramatic Noise Reduction using Guard Traces with Optimized Shorting Vias

[3] Guard Traces

[4] To Pour or Not To Pour | Copper Pour in PCB Design

Does Using Guard Traces Really Reduce Crosstalk?

Guard Traces & Crosstalk | A Follow-up

 

實際上可能無效的20-H rule

先提醒您，點擊圖片可放大

 

20-H rule以一個常見的經驗法則。假設電源層與地層（Ground Layer）之間的距離為H，則電源層內縮至少20H可減少輻射，如下圖所示。[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

然而，已經有論文研究證明20-H rule沒有效果。

參考資料[2]的論文使用3層板做實驗，上層與下層是Ground，中心層是電源。下圖是實驗結果，虛線代表有使用20-H rule的PCB輻射，實線代表沒有用20-H rule的PCB輻射。

由下圖可知輻射量幾乎一樣，20-H rule無法減少輻射。

 

 

 

 

除此之外，根據參考資料[3]的實驗，有時使用20-H rule的PCB電場反而更強。如下圖所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在目前工作上，我與我的同事皆沒有遵守20-H rule（他們甚至沒聽過這種規定，即使較資深的也是如此），但我們的產品並未因此出問題。我也看過晶片大廠的HDK（公版），他們的設計也沒有遵守20-H rule。

所以我個人認為這種過時的經驗法則可以淘汰掉了。

若20-H rule無效，那什麼樣的設計才是有效的？

根據參考資料[2]，在PCB邊緣增加多個Ground Via可降低輻射，實驗結果如下圖，Ground Via越多越好。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

這種設計常被稱為Stitching Via，如下圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖片來源：https://www.signalintegrityjournal.com/articles/292-controlling-electromagnetic-emissions-from-pcb-edges-in-backplanes

 

除此之外，參考資料[4]指出除了用Stitching Via，再用金屬完全包覆PCB的側邊效果會更好（如下圖），但明顯增加不少成本，所以我從未見過有人這樣設計。

 

 

 

 

 

 

 

參考資料

[1]：Hi3516A开发--PCB设计之3W规则和20H原则

[2]：“Effects of 20-H Rule and Shielding Vias on Electromagnetic Radiation From Printed Circuit Boards,” Huabo Chen, Student Member, IEEE, and Jiayuan Fang, Senior Member, IEEE Dept. of

[3]：20-H Rule Modeling and Measurements

[4]：Electromagnetic Radiation on PCB edges: 20H Rule and Via Stitching

High-Speed PCB Design: Just How Fast Is Fast?

The Great PCB Layout "Rules of Thumb" Debate Rages On

“20H Rule”: An Overview

四层PCB板中20 H规则的辐射分析

RF Singal Via旁邊加上Ground Via

RF的高頻訊號走線由於必須維持其特性阻抗（ 通常是50 Ohm），所以最好不要讓RF走線換層。但受限於PCB的設計，有時不得不用Via來切換RF走線層

如果需要用RF Singal Via切換走線層，則必須要在RF Singal Via旁邊加幾個Ground Via，如下圖。

 

 

 

 

 

 

 

 

圖片來源：https://www.edn.com/designing-controlled-impedance-vias/

上圖為四層板，紅色的是RF signal trace，位於Top與Bottom，中間兩層藍色的是Ground Layer。

當RF訊號由Top經過Via向Bottom傳輸時，其參考層（ Reference layer）也由layer 2改為layer 3，所以要在RF Singal Via旁邊加幾個Ground Via，才能讓reture path也跟著換層。

如下圖所示，增加Ground Via之後，return path（黃線）即可成功換層。

 

 

圖片來源：https://electronics.stackexchange.com/questions/64854/ground-vias-on-high-speed-pcbs

 

參考資料

Designing controlled-impedance vias

高速信号添加回流地过孔到底有没有用

PCB 設計同步分析 6 大隱藏技巧六: 完美你的高速訊號回流路徑

Ground vias on high speed PCBs

Via_Effect

Python的字典（dict）排序

以前python若印出字典，則字典順序通常隨機排列

例如以下程式碼：

dict2 = {'A': 'Apple', 'B': 'Ball', 'C': 'Cat'}
print(dict2)

最後輸出結果可能是：

{'A': 'Apple', 'C': 'Cat', 'B': 'Ball'}

 

但Python 3.6之後改為按照設定輸出，所以輸出結果變成：

{'A': 'Apple', 'B': 'Ball', 'C': 'Cat'}

 

 

參考資料

[Python-Dev] Python 3.6 dict becomes compact and gets a private version; and keywords become ordered

免費RF電路模擬軟體: Qucs (Quite Universal Circuit Simulator)

Qucs是一個很好用的電路模擬軟體，操作方法與ADS相似。而且Qucs屬於自由軟體，所以是完全免費的

可至官方網站下載：https://qucs.sourceforge.net/

先提醒，以下圖片點擊後可放大。

在此我用一個帶通濾波器當操作範例，中心頻率1 GHz，比例頻寬（FBE）為10%

Qucs電路如下

 

與ADS一樣，要模擬S參數就需要放一個S parameter的方塊，並設定模擬頻率範圍

 

 

 

 

 

 

 

 

與ADS不同的是單位問題，Qucs必須在模擬前就設定單位，因此要放一個Equation功能塊，將S11與S21轉成dB

 

 

 

 

 

之後按F2模擬，模擬完畢後將出現以下視窗

與ADS一樣有多種圖表可選擇，將左邊的圖表種類拖曳到右邊即可使用。我在此選最常見的Cartesian。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

選擇後有視窗讓你選擇單位，此時就選剛才已轉成dB的"dBS11"與"dBS21"

 

 

 

 

 

 

 

 

最後圖表就出來了。Qucs的缺點是頻率單位會直接用Hz，不像ADS自動轉成GHz

 

 

與ADS圖表相比可以看出非常相似

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Qucs有時會出現零件無法連線的bug

若有這種狀況，先選取有問題的元件，再按Ctrl+U。或選取工具列的Positioning / Set on Grid

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參考資料

Free Tools to Analyze and Plot S-parameters File

[Tool] Qucs 基本教學 

Cannot Connect Wire to leds when they are in the vertical Position #920

Duty Cycle與頻率的差異

以前常搞不清楚duty cycle與頻率的關係，後來在Quora看到一個回答，覺得挺好懂的

https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-duty-cycle-and-frequency

簡單來說duty cycle就是高電位在一個週期(T)所佔的比例

頻率則是週期的倒數，所以週期1 ms的訊號頻率是1 kHz

Ubuntu安裝7-zip

 Ubuntu版本：23.04

 

1.於終端機輸入以下指令，即可安裝7-zip：

sudo apt install p7zip-full p7zip-rar

 

 2.因為剛才的指令所安裝的7-zip沒有GUI，不易使用，所以建議再安裝P7Zip - Desktop

至Ubuntu Software即可安裝此GUI

 

 

此軟體處理中文檔名與資料夾時會顯示亂碼，建議名稱用英文

Ubuntu新增新酷音輸入法的方法

近日安裝Ubuntu 23.04後，發現系統並沒有新酷音輸入法。

早期的Ubuntu版本是到ibus設定，不過目前Ubuntu已經將輸入法整合到系統設定裡面。

提醒一下，以下圖片點選後可放大。

1.點選右上角的電源圖示，再點選齒輪圖示

 

 

 

 

2.選擇"鍵盤"，再選擇"+"符號

3.點選"中文（臺灣）"

 

 

 

4.加入"中文（新酷音）"

Open-Drain的Power Good設計

某些電子元件有一個Power Good (PG)腳位，當該零件正常運作時，PG就會提供電壓，藉此讓使用者知道該元件正常運行。

近日我看到有一個IC的datasheet竟然要求在PG腳位外加一個電壓。這讓我一開始感到疑惑，因為這樣PG應該會永遠高電位，有任何意義嗎？

仔細讀完datasheet，才知道IC內部有一個N-channel MOSFET，如下圖。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

當IC不正常時，FET的Gate (G)為高電位，Drain (D)與Source (S)導通，所以PG就是低電位。

當IC正常運作時，FET的G為低電位，D與S形成斷路，此時PG電壓將被VDD拉起，所以PG就是高電位。

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參考資料

Open-Drain 與 Push-Pull輸出方式有什麼不一樣？

線性極化天線與頻率的關係

線性極化（Linear Polarization）依電場方向不同，可分為水平極化與垂直極化，如下圖所示

 

 

 

 

 

 

 

 

圖片來源： https://www.mpantenna.com/antenna-polarization-explained/

一般來說，一個構造較簡單的天線，極化方向與天線構造與擺放方式有關，與頻率無關。

例如下圖的八木宇田天線（Yagi–Uda antenna），平放時就是水平極化，立起來就是垂直極化，極化方向不受頻率影響。

 

圖片來源：https://www.quora.com/What-are-the-benefits-of-horizontal-polarization-in-antennas

然而雙頻天線就不一定如此了。某些天線有兩個以上的中心頻率，其構造像是兩個不同頻率的天線合而為一，不同頻率的電磁波將由不同位置發射。

例如下圖是900 MHz與2.4 GHz的雙頻天線，當發射900 MHz的訊號時電磁波將從長的一端發射， 發射2.4 GHz的訊號時電磁波將從短的一端發射。

圖片來源：https://www.researchgate.net/figure/Proposed-design-with-all-the-parameters-of-dual-band-monopole-antenna_fig5_287057008

由於不同頻率實際上是由不同位置發射，所以極化方向就可能受頻率影響。例如當2.4 GHz是水平極化時，900 MHz的部位可能因位置與方向的差異，而變成垂直極化。

Stable Diffusion UI

Stable Diffusion是最近一個非常流行的AI model，開源後不少人為此開發各種UI（User Interface）。

目前最多人使用的應該是 AUTOMATIC1111開發的stable-diffusion-webui，不過此UI安裝方式還是有點麻煩，對於電腦技術較差的人不太友善。

 

所以後來有人開發了LykosAI/StabilityMatrix，此UI如同一般市面上的軟體一樣容易安裝。

下載壓縮檔後，解壓縮到C槽或D槽，然後執行"StabilityMatrix.exe"，接著就會開始自動安裝了。此軟體安裝可能要花不少時間。

安裝完成後提供多種UI可安裝，當然也包含最多人使用的AUTOMATIC1111的stable-diffusion-webui

 

 

 

 

 

 

 

 

 

如果要使用其它model，就將ckpt檔（有些model會用safetensors檔）放入Models\StableDiffusion資料夾內

請注意，目前此軟體對AMD顯卡支援較差，如果是AMD顯卡可能跑不動。 

最後推薦一個近期發現的網站civitai，此網站提供各種model讓人挑選

https://civitai.com/

某些較新的model的Base Model是Pony或 SDXL 1.0，此類model需要較大的VRAM，若VRAM不足會出現"OutOfMemoryError: CUDA out of memory"的錯誤訊息

可嘗試在webui-user.bat這個檔案裡加上--LOWVRAM（如下圖），也許能解決此問題

 此類model可能要將clip skip設為2

 

 

 

 

 

參考資料

Stable Diffusion Models

[討論] 猴子都會的AI繪圖軟體安裝教學

SD001｜用StabilityMatrix一鍵安裝Stable Diffusion－免費的AI圖像生成工具

Re: [請神] 想請問有推薦的AI線上繪圖網站嗎?

--VOLDY RETARD GUIDE--

Stable Diffusion 台灣社群v2

高頻訊號線跨越不同參考層

高頻訊號線由於有return path的需求，所以傳輸線鄰近的參考層不能被分割。

如果真的不得不分割，最好加電容將兩個被分割的參考層結合起來。

 

參考資料 

PCB 設計同步分析 6 大隱藏技巧六 :完美你的高速訊號回流路徑

High-Speed Layout Guidelines

線性插值法在電學上的應用

如果有一個放大器輸出功率10 dBm時EVM = -17.6，20 dBm時EVM = -8.3，請問要如何求出功率17 dBm時EVM？

 

此時即可應用線性插值法，公式如下

 

 

 

 

x1 = 20 #功率20 dBm

x0 = 10 #功率10 dBm

x = 17 #功率17 dBm

y1 = -8.3 #功率20 dBm時的EVM

y0 = -17.6 #功率10 dBm時的EVM

帶入公式可得y = -9.46

由此可知功率17 dBm時EVM = -9.46 dB

Thermal Relief Pad的用途

 

 

上圖是一個SMD電容的焊盤，其中一端接地（GND），但接地端卻只是用三條連接線接地，這種設計就是Thermal Relief Pad

因為銅容易導熱與散熱，所以若不用Thermal Relief Pad，熱能就會快速傳輸到大面積鋪銅，GND Pad就不易加熱，焊接難度也會提高

 

但這種設計也有缺點，因為接地端沒有完全與鋪銅合體，相當於GND Pad與鋪銅之間存在電感與電阻 ，這對RF電路有明顯的影響。

所以若是用於RF電路，最好還是將接地端與鋪銅完全連接（如下圖），不要使用Thermal Relief Pad

 

PyVISA：一種能夠連接並控制GPIB界面的Python package

GPIB是一種連接測量儀器的界面，又稱為IEEE 488，通常用此界面對儀器下達SCPI指令。

PyVISA是一種能夠連接並控制GPIB界面的Python package，只要安裝了這個Package，即可利用Python對儀器下SCPI指令。

要使用PyVISA，首先應至NI的網站下載NI-VISA

https://www.ni.com/zh-tw/support/downloads/drivers/download.ni-visa.html

註：雖然PyVISA的網站指出也支援Keysight的VISA ，但我的經驗是Keysight的VISA容易有bug。除此之外，如果電腦同時安裝NI與Keysight的VISA，可能會衝突而產生bug。

接下來於Python中下以下指令來安裝PyVISA

pip install -U pyvisa

接下來即可用Python連接儀器

以下是一個簡單的程式，顯示目前有連接電腦的儀器的GPIB Address

import pyvisa
rm = pyvisa.ResourceManager()
print('GPIB Address is {}'.format(rm.list_resources())) #顯示已連接的GPIB Address

假設該程式顯示的GPIB Address是GPIB0::10::INSTR，可於程式中再增加以下程式碼

power = rm.open_resource('GPIB0::10::INSTR')  # connect to this GPIB address
print(power.query('*IDN?'))  # query代表先write後read

power代表該GPIB Address連接的儀器

第二行是對程式下一個*IDN?的指令，然後再print出來。大多數的儀器會顯示該儀器的型號或版本。