射频调试方法及PCB设计方法汇总!

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射频调试方法及PCB设计方法汇总!

2024-07-07 10:47| 来源: 网络整理| 查看: 265

射频调试包括发送和接收两个大的方面,其中发送又包括了发送功率、相位误差、PVT、开关谱、调制谱调试等,接收包括灵敏度、RXloss、接收电平等。在开始调试之前必须明确手机的各种射频参数的状态。

怎样明确手机射频技术状态:先对手机进行校准,校准的初始化文件一定要使用MTK 提供的原始文件(见图 1),这样才能明确手机的匹配状态,比如在全频段功率是否平坦(如果加权了就看不出来),TC 和 PA 之间的匹配是否做好了(如果改变了 Ramp 曲线的值就不好判断)。以 GSM 900M 为例 1 信道、62 信道、124信道输出功率如果相差 0.5dBm 以上,那么 PA 输出匹配和 TC 与 PA 的匹配就没有做好,这个时候如果开关谱和相位误差很好,那么就只需要调 PA 输出匹配就可以了(注意输出匹配有可能会影响相位误差),如果开关谱和相位误差很差,那么就一定要先调好 TC 和 PA 之间的匹配,再去调 PA 输出匹配。

开关谱的判断标准:在高功率等级下至少有 7dB 的余量,小功率等级下要有 10-15dB 以上的余量,尤其需要注意的是+/-0.4MHz 和+/-0.6MHz 的余量。相位误差的判断标准:GSM 都能做到 RMS 1°左右,DCS 在 2°左右;同样要做到全频段相位误差相差不能太大。

1.某无线AP 2.4GHz Chain0 无输出功率

在一次对某无线AP(双频大功率11n无线AP)的测试过程中,突然听到一声清脆悦耳的破裂声,随后看到一缕青烟缓缓的从板子上升起(可惜没看清具体是哪个位置),周围便迅速充满了令人不爽的焦臭味,VSA(Vector Signal Analyzer,矢量信号分析仪)上的功率也跌落至0dBm以下。稍微有点经验的人都可以得出一个结论:“有东西烧掉了”。

没有输出功率,可想而知,一定是Tx回路的某个器件损坏了,但是究竟是哪个呢?

首先采用目测法(所谓目测法就是直接用眼睛观察元器件的外观,查看是否有破裂或者烧焦的痕迹),结果没看出来。

然后采用“点测法”,这时候你可能会问:“什么是点测法呢?”点测法就是用探针或探棒直接检测待测点的信号状态,常用于时域信号检测,如示波器,但是由于 WiFi产品的工作频率较高,一般会通过频域进行信号检测,也很少使用点测法进行检测。

实践证明,点测法是一种确定RF问题所在的快速有效的手段。

说起点测法,不得不说说简易探针的制作。取一条SMA Cable(如图3-1所示),将其一端的SMA连接器去掉(不可以将两端的都去掉),剥去长度1~2cm屏蔽层,使其芯线露出。这样,一段普通的SMA Cable就此华丽转身,升级为点测探针,成为一种检测利器,也成为了RF工程师的好助手。

2.     输出功率过大

现象:输出功率超级大,星座图一片模糊,无法解调。

这是一个稍显复杂的问题。

我们知道,Atheros的方案都会有输出功率的控制部分,也就是让Target Power和实际功率值相一致,这是如何实现的呢?我们将AP96的2.4GHz PA部份电路取出进行研究

在图3-2中,U27及其外围电路组成了功率放大器,经过C208和R263送至后续的电路。图中的PC1是一颗印制定向耦合器,其3,4两脚的电压随着输出功率的增大而增大,L18,L19,D1,C217和R248组成了半波整流电路,将定向耦合器感应到的电压变为直流电信号,并送至Transceiver检测,也就是AR9223_PDET_0这个网络。这样,Transceiver就可以随时知道当前的输出功率,功率与电压值的关系是在Calibrate的过程中建立的。

板子经过Calibrate并Load EEPROM之后,我们用ART进行Continue Tx,这时,板子会按照我们设定的Target Power打出信号,Transceiver会提高自身的输出功率直至与Calibrate过程中记录的对应的那个电压值(AR9223_PDET_0)一致。

这时我们回到一开始的问题“输出功率超级大,星座图一片模糊,无法解调”,怎么回事?肯定是Transceiver无法得到正确的那个电压值,所以只能一直提高自身的输出功率直至PA的输出功率达到饱和。检查L19,L18,D1,C217,R248,发现D1已开路,换一颗新的二极管,恢复正常。

这里需要指出的是,采用定向耦合器进行输出功率控制是Atheros特有的一种方法,Broadcom和Ralink中至今还未看到采用这种方法的。另外,PA的本身一般都会内置功率检测单元,并通过一个引脚出来,通常成为V_DET。

3.    某无线网卡静态发热严重

现象:某无线网卡 上电后,不做任何操作,四颗PA就发出很大的热量,PA的表面温度很高,很烫手。

第一判断就是PA并不是处于真正的“静态”,它们正在偷偷地工作!那么,如何验证呢?拿来PA(SKY65137-11)的Demo板,用Power Supply供电,以便观察其消耗的电流。上电,发现消耗的电流几乎为零,并不会出现发热的现象,与该无线网卡的情况不一样。研读SKY65137-11的Datasheet,一个关键的引脚PA_EN引起了我的注意,这个引脚就是PA的使能引脚。在上电情况下,将此引脚拉高至3.3V,发现5V消耗的电流剧增,随之散发出大量的热,PA的表面温度立刻上升。将PA_EN与3.3V断开,5V消耗的电流随之下降,这时,用手触碰PA_EN引脚,发现5V消耗的电流在发生跳动,这说明人体感应到的微弱电信号足以使PA处于“Enable”状态,同时说明,PA_EN是一个很敏感的引脚,很微弱的信号就足以触发。

分析该无线网卡的SKY65137-11单元电路,如图3-3所示(不包括Level Shift)。

很容易发现,SKY65137-11的PA_EN这个引脚是通过一个Level Shift电路直接与AR9220的控制引脚进行连接,这样,AR9220控制引脚的微弱扰动就可以触发PA,所以会导致静态情况下PA发热。

解决办法:在PA_EN引脚处用一颗10K电阻下拉倒地,使常态下PA处于关闭状态。

通过上述办法,解决了PA的发热问题

4.    某无线网卡 Calibrate 不准

现象:该无线网卡经Calibrate之后,实际输出功率与Target Power(MTK)不一致。

首先经过排查,确定不是Cable Loss与ART的设定问题。该无线网卡的RF部份是我们自主设计的,有太多不确定的因素,这里不进行深入的分析。在3.2中已经讨论过,Atheros的方案通过检测PA的输出功率对应的电压值来实现输出功率的稳定;静态情况下,若PA无输出功率,则对应的电压值为零。通过检测,发现SKY65135-21(2.4GHz PA)在静态下输出的V-Detect并不是零,而是零点几伏的电压值,这可能是PA自身的问题造成的,也正是这个原因,导致了该无线网卡的Calibrate不准的问题。我们都知道二极管的单向导电特性,为了防止该无线网卡 的2.4GHz与5GH频段在Calibrate过程中相互影响,可以通过二极管将其分开。在该无线网卡后续的版本中,我们就是采用了这种方式,可以很好的解决Calibrate不准的问题。

5.    某无线AP无输出信号

现象:ART运行一切正常,用VSA观察,无任何输出信号。

回忆3.1中讲解的内容,我们提到了点测法,个人认为,点测法是解决类似这种问题的最快手段,在使用ART进行Continue Tx的情况下,使用探针依次检测Transceiver输出端,PA输入端,PA输出端,低通滤波器输出端,T/R Switch输入端及T/R Switch输出端,一般来说,检测这些点已经足够了。

按照上述的方法,我们依次检测Tx回路的各点(以2.4GHz 链路0为例)

在实际的检测过程中,发现在T/R Switch输入端有信号,也即C379处有正常的RF信号,但是在T/R Switch输出端无信号,查阅T/R Switch uPG2179的Datasheet,发现,此时的控制信号与预想的不符,细节部分读者请参阅uPG2179 Datasheet与AR9280(此项目的Transceiver)的参考设计。

那在PCB 设计时又需要注意哪些规范呢? 1. 布局设计规范   a.距板边距离应大于5mm =197mil    b.先放置与结构关系密切的元件,如接插件,开关,电源插座等    c.优先摆放电路功能块的核心元件及体积较大的元器件,再以核心元件为中心摆放周围电路元器件    d.功率大的元件摆放在有利于散热的位置上    e.质量较大的元器件应避免放在板的中心,应靠近机箱中的固定边放置    f.有高频连线的元件尽可能靠近,以减少高频信号的分布和电磁干扰    g.输入,输出元件尽量远离    h.带高压的元器件尽量放在调试时手不易触及的地方    i.热敏元件应远离发热元件    j.可调元件的布局应便于调节    k.考虑信号流向,合理安排布局使信号流向尽可能保持一致    l.布局应均匀,整齐,紧凑    m.SMT元件应注意焊盘方向尽量一致,以利于装焊,减少桥联的可能    n.去藕电容应在电源输入端就近位置    o.波峰焊面的元件高度限制为4mm    p.对于双面都有的元件的PCB,较大较密的IC,插件元件放在板的顶层,底层只能放较小的元件和管脚数少且排列松散的贴片元件    q.对小尺寸高热量的元件加散热器尤为重要,大功率元件下可以通过敷铜来散热,而且这些元件周围尽量不要放热敏元件.    r.高速元件尽量靠近连接器;数字电路和模拟电路尽量分开,最好用地隔开,再单点接地   s.定位孔到附近焊盘的距离不小于7.62mm(300mil),定位孔到表贴器件边缘的距离不小于5.08mm(200mil)  2. 布线设计规范   a.线应避免锐角,直角,应采用四十五度走线    b.相邻层信号线为正交方向    c.高频信号尽可能短    e.输入,输出信号尽量避免相邻平行走线,最好在线间加地线,以防反馈耦合    f.双面板电源线,地线的走向最好与数据流向一致,以增强抗噪声能力    g.数字地,模拟地要分开    h.时钟线和高频信号线要根据特性阻抗要求考虑线宽,做到阻抗匹配    i.整块线路板布线,打孔要均匀    j.单独的电源层和地层,电源线,地线尽量短和粗,电源和地构成的环路尽量小    k.时钟的布线应少打过孔,尽量避免和其他信号线并行走线,且应远离一般信号线,避免对信号线的干扰;同时避开板上的电源部分,防止电源和时钟互相干扰;当一块电路板上有多个不同频率的时钟时,两根不同频率的时钟线不可并行走线;时钟线避免接近输出接口,防止高频时钟耦合到输出的CABLE线并发射出去;如板上有专门的时钟发生芯片,其下方不可走线,应在其下方铺铜,必要时对其专门割地;   l.成对差分信号线一般平行走线,尽量少打过孔,必须打孔时,应两线一起打,以做到阻抗匹配  m.两焊点间距很小时,焊点间不得直接相连;从贴盘引出的过孔尽量离焊盘远些。



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