Wi-Fi產(chǎn)品射頻電路調(diào)試經(jīng)驗(yàn)談

1、Wi-Fi產(chǎn)品射頻電路調(diào)試經(jīng)驗(yàn)談1 前言這份文檔總結(jié)了我工作一年半以來的一些 HYPERLINK /tag/射頻 射頻（Radio Frequency） HYPERLINK /tag/調(diào)試 調(diào)試（以下稱為Debug）經(jīng)驗(yàn)，記錄的是我在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中遇到并解決問題的過程?，F(xiàn)在我想利用這份文檔與大家分享這些經(jīng)驗(yàn)，如果這份文檔能夠?qū)Υ蠹业墓ぷ髌鸬揭欢ǖ膸椭饔?，那將是我最大的榮幸。個(gè)人感覺覺，Deebugg過程用用的都是是最簡單單的基礎(chǔ)礎(chǔ)知識(shí)，如果能能夠?qū)RF的基基礎(chǔ)知識(shí)識(shí)有極為為深刻（注意，是極為為深刻）的理解解，我相相信，所所有的BBug解解起來都都會(huì)易如如反掌。同樣，我的這這篇文檔檔也將會(huì)會(huì)

2、以最通通俗易懂懂的語言言，講述述最通俗俗易懂的的Debbug技技巧。在本文中中，我盡盡量避免免寫一些些空洞的的理論知知識(shí)，但但是第二二章的內(nèi)內(nèi)容除外外?！拔⒉l頻率下的的無源器器件”這部分分的內(nèi)容容截取自自我尚未未完成的的“長篇大大論” HYPERLINK /tag/wi-fi Wii-Fii產(chǎn)品的的一般 HYPERLINK /tag/射頻 射射頻電路路設(shè)計(jì)（第二版版）。我相信這這份文檔檔有且不不只有一一處錯(cuò)誤誤，如果果能夠被被大家發(fā)發(fā)現(xiàn)，希希望能夠夠提出，這樣我我們就能能夠共同同進(jìn)步。2 微波波頻率下下的無源源器件在這一章章中，主主要講解解微波頻頻率下的的無源器器件。一一個(gè)簡單單的問題題：一

3、個(gè)個(gè)1K的的電阻在在直流情情況下的的阻值是是1K，在頻率率為100MHzz的回路路中可能能還是11K，但但是在110GHHz的情情況下呢呢？它的的阻值還還會(huì)是11K嗎？答案是是否定的的。在微微波頻率率下，我我們需要要用另外外一種眼眼光來看看待無源源器件。2.1. 微波波頻率下下的導(dǎo)線線微波頻率率下的導(dǎo)導(dǎo)線可以以有很多多種存在在方式，可以是是微帶線線，可以以是帶狀狀線，可可以是同同軸電纜纜，可以以是元件件的引腳腳等等。2.1.1. 趨膚效效應(yīng)在低頻情情況下，導(dǎo)線內(nèi)內(nèi)部的電電流是均均勻的，但是在在微波頻頻率下，導(dǎo)線內(nèi)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生很強(qiáng)強(qiáng)的磁場場，這種種磁場迫迫使電子子向?qū)w體的邊緣緣聚集，從而使使電

4、流只只在導(dǎo)線線的表面面流動(dòng)，這種現(xiàn)現(xiàn)象就稱稱為趨膚膚效應(yīng)。趨膚效效應(yīng)導(dǎo)致致導(dǎo)線的的電阻增增大，結(jié)結(jié)果會(huì)怎怎樣？當(dāng)當(dāng)信號(hào)沿沿導(dǎo)體傳傳輸時(shí)衰衰減會(huì)很很嚴(yán)重。在實(shí)際際的高頻頻場合，如收音音機(jī)的感感應(yīng)線圈圈，為了了減少趨趨膚效應(yīng)應(yīng)造成的的信號(hào)衰衰減，通通常會(huì)使使用多股股導(dǎo)線并并排繞線線，而不不會(huì)使用用單根的的導(dǎo)線。我們通通常用趨趨膚深度度來描述述趨膚效效應(yīng)。趨趨膚深度度是頻率率與導(dǎo)線線本身共共同的作作用，在在這里我我們不會(huì)會(huì)作深入入的討論論。2.1.2. 直線電電感我們知道道，在有有電流流流過的導(dǎo)導(dǎo)線周圍圍會(huì)產(chǎn)生生磁場，如果導(dǎo)導(dǎo)線中的的電流是是交變電電流，那那么磁場場強(qiáng)度也也會(huì)隨著著電流的的變化而而變

5、化，因此，在導(dǎo)線線兩端會(huì)會(huì)產(chǎn)生一一個(gè)阻止止電流變變化的電電壓，這這種現(xiàn)象象稱之為為自感。也就是是說，微微波頻率率下的導(dǎo)導(dǎo)線會(huì)呈呈現(xiàn)出電電感的特特性，這這種電感感稱為直直線電感感。也許許你會(huì)直直線電感感很微小小，可以以忽略，但是我我們將會(huì)會(huì)在后面面的內(nèi)容容中看到到，隨著著頻率的的增高，直線電電感就越越來越重重要。電感的概概念是非非常重要要的，因因?yàn)槲⒉úl率下下，任何何導(dǎo)線（或者導(dǎo)導(dǎo)體）都都會(huì)呈現(xiàn)現(xiàn)出一定定的電感感特性，就連電電阻，電電容的引引腳也不不例外。2.2. 微波波頻率下下的電阻阻從根本上上說，電電阻是描描述某種種材料阻阻礙電流流流動(dòng)的的特性，電阻與與電流，電壓的的關(guān)系在在歐姆定定律中已

6、已經(jīng)給出出。但是是，在微微波頻率率下，我我們就不不能用歐歐姆定律律去簡單單描述電電阻，這這個(gè)時(shí)候候，電阻阻的特性性應(yīng)經(jīng)發(fā)發(fā)生了很很大的變變化。2.2.1. 電阻的的等效電電路電阻的等等效電路路如圖22-1所所示。其其中R就就是電阻阻在直流流情況下下電阻自自身的阻阻值，LL是電阻阻的引腳腳，C因因電阻結(jié)結(jié)構(gòu)的不不同而不不同。我我們很容容易就可可以想到到，在不不同的頻頻率下，同一個(gè)個(gè)電阻會(huì)會(huì)呈現(xiàn)出出不同的的阻值。想想平平時(shí)在我我們進(jìn)行行 HYPERLINK /tag/wi-fi Wi-Fi產(chǎn)產(chǎn)品的設(shè)設(shè)計(jì)，幾幾乎不用用到直插插的元件件（大容容量電解解電容除除外），一方面面是為了了減小體體積，另另一方

7、面面，也是是更為重重要的原原因，減減小元件件引腳引引起的電電感。圖2-11 電阻阻的等效效電路圖2-22定性的的給出了了電阻的的阻值與與頻率的的關(guān)系。圖2-22 電阻阻的阻值值與頻率率我們?cè)囍治鲭婋娮杈哂杏羞@樣的的特性的的原因。當(dāng)頻率率為0時(shí)時(shí)（對(duì)應(yīng)應(yīng)直流信信號(hào)），電阻呈呈現(xiàn)出的的阻值就就是其自自身的阻阻值；當(dāng)當(dāng)頻率提提高時(shí)，電阻呈呈現(xiàn)出的的阻值是是自身的的阻值加加上電感感呈現(xiàn)出出的感抗抗；當(dāng)頻頻率進(jìn)一一步提高高時(shí)，電電阻自身身的阻值值加上電電感的感感抗已經(jīng)經(jīng)相當(dāng)?shù)牡拇?，于于是電阻阻表現(xiàn)出出的阻值值就是那那個(gè)并聯(lián)聯(lián)的電容容的容抗抗，而且且頻率越越高，容容抗越小小。2.3. 微波波頻率下下的

8、電容容在 HYPERLINK /tag/射頻 射頻電電路中，電容是是一種被被廣泛使使用的元元件，如如旁路電電容，級(jí)級(jí)間耦合合，諧振振回路，濾波器器等。和和電阻一一樣，微微波頻率率下電容容的容抗抗特性也也會(huì)發(fā)生生很大的的變化。2.3.1. 電容的的等效電電路我們知道道，電容容的材料料決定著著電容的的特性參參數(shù)，電電容的等等效電路路如圖22-3所所示。CC是電容容自身的的容值，Rp為為并聯(lián)的的絕緣電電阻，RRs是電電容的熱熱損耗，L是電電容的引引腳的電電感。圖2-33 電容容的等效效電路關(guān)于電容容，我在在這里介介紹幾個(gè)個(gè)平時(shí)大大家在選選料是可可能不會(huì)會(huì)關(guān)注的的參數(shù)。圖2-44定性的的給出了了電容在

9、在不同頻頻率下的的表現(xiàn)出出的電抗抗特性。圖中的的縱軸為為插入損損耗（IInseertiion Losss），也就是是由于電電容的加加入引起起的損耗耗。圖2-44 電容容在不同同頻率下下的電抗抗特性顯然，在在轉(zhuǎn)折之之前，電電容表現(xiàn)現(xiàn)出的是是電容的的特性，轉(zhuǎn)折之之后，電電容表現(xiàn)現(xiàn)出來的的卻是電電感的特特性。一一般來說說，大容容量的電電容會(huì)比比小容量量的電容容表現(xiàn)出出更多的的電感特特性。因因此，在在2500MHzz的頻率率下，一一個(gè)0.1uFF的旁路路電容不不一定比比1000pF的的電容效效果更好好。換句句話說，容抗的的經(jīng)典公公式似乎說明明當(dāng)頻率率一定時(shí)時(shí)，電容容的容量量越大，容抗越越小。但但是在微

10、微波率下下，結(jié)論論是相反反的。在在微波頻頻率下，一個(gè)00.1uuF的電電容會(huì)表表現(xiàn)出比比1000pF電電容更大大的阻抗抗，這也也是我們們?cè)谠O(shè)計(jì)計(jì)電源電電路時(shí)為為什么要要在大容容量的電電解電容容兩端并并聯(lián)小容容量的電電容的原原因，這這些小容容量的電電容用于于消除高高頻的噪噪聲信號(hào)號(hào)。2.3.2. 電容的的容量與與溫度特特性在CISS庫中選選料時(shí)，我們總總會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)電容有有一項(xiàng)參參數(shù)為XX7R或或者X55R，NNPO等等，我特特此搜尋尋相關(guān)資資料，翻翻譯過來來，寫在在這一節(jié)節(jié)中。這類參數(shù)數(shù)描述了了電容采采用的電電介質(zhì)材材料類別別，溫度度特性以以及誤差差等參數(shù)數(shù)，不同同的值也也對(duì)應(yīng)著著一定的的電容容容

11、量的范范圍。具具體來說說，就是是：X7R常常用于容容量為333000pF0.333uFF的電容容，這類類電容適適用于濾濾波，耦耦合等場場合，電電介質(zhì)常常數(shù)比較較大，當(dāng)當(dāng)溫度從從0C變化化為700C時(shí)，電容容容量的變變化為15%；Y5P與與Y5VV常用于于容量為為1500pF2nFF的電容容，溫度度范圍比比較寬，隨著溫溫度變化化，電容容容量變變化范圍圍為10%或者+22%/-882%。對(duì)于其他他的編碼碼與溫度度特性的的關(guān)系，大家可可以參考考表2-1。例例如，XX5R的的意思就就是該電電容的正正常工作作溫度為為-555C+85C，對(duì)對(duì)應(yīng)的電電容容量量變化為為15%。表2-11 電容容的溫度度與容量

12、量誤差編編碼2.4.1. 電感的的等效電電路不難想象象，導(dǎo)線線的本身身存在一一定的電電阻，相相鄰量個(gè)個(gè)線圈之之前存在在一定的的電容，于是，我們得得到如圖圖2-55所示的的電感的的等效電電路。其其中Rss為導(dǎo)線線存在的的電阻，L為電電感自身身的感值值，C是是等效電電容。電電感的電電感量頻率曲曲線與電電阻的阻阻抗頻頻率曲線線頗有些些相似，這與它它們具有有類似的的等效電電路有直直接關(guān)系系。讀者者可自行行分析電電感的頻頻率特性性曲線。圖2-55 電感感的等效效電路2.4.2. 電感的的Q值電感的感感抗與串串聯(lián)電阻阻Rs的的比值稱稱為電感感的Q值值，即QQ=X/Rs與與電容類類似，QQ值越大大，則電電感

13、的質(zhì)質(zhì)量越好好。如果果電感是是一個(gè)理理想電感感，那么么Q值應(yīng)應(yīng)該是無無限大，但是實(shí)實(shí)際中不不存在理理想的電電感，所所以Q值值無限大大的電感感是不存存在的。在低頻情情況下，電感的的Q值非非常大，因?yàn)檫@這個(gè)時(shí)候候Rs只只是導(dǎo)線線的直流流電阻，這是一一個(gè)很小小的值。當(dāng)頻率率升高時(shí)時(shí)，電感感的感抗抗X會(huì)變變大，所所以電感感的Q值值會(huì)隨著著頻率的的提高而而增大（這個(gè)時(shí)時(shí)候趨膚膚效應(yīng)還還不明顯顯）；但但是，當(dāng)當(dāng)頻率提提高到一一定的程程度的時(shí)時(shí)候，趨趨膚效應(yīng)應(yīng)就不可可忽視了了，這時(shí)時(shí)串聯(lián)電電阻Rss會(huì)隨著著頻率的的提高而而變大，同時(shí)串串聯(lián)電容容C也開開始發(fā)揮揮作用，從而導(dǎo)導(dǎo)致Q值值隨著頻頻率的提提高而降降低

14、。圖圖2-66給出了了某公司司的一款款電感的的Q值與與頻率的的關(guān)系。圖2-66 某公公司的電電感的QQ值與頻頻率變化化關(guān)系曲曲線為了盡量量增大電電感的QQ值，在在制作電電感時(shí)，我們通通?？梢砸圆捎靡砸韵碌膸讕追N方法法：使用直徑徑較大的的導(dǎo)線，可以降降低電感感的直流流阻抗；將電感的的線圈拉拉開，可可以降低低線圈之之間的分分布電容容；增大電感感的磁導(dǎo)導(dǎo)系數(shù)，這通常常用磁芯芯來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，如鐵鐵氧體磁磁芯。其實(shí)，電電感的手手工制作作，是射射頻工程程師的必必修課，但是這這部分內(nèi)內(nèi)容比較較復(fù)雜，本文暫暫不進(jìn)行行討論，感興趣趣的讀者者可以查查閱相關(guān)關(guān)文獻(xiàn)。3 RFF Deebugg經(jīng)驗(yàn)分分享3.1. 某無無線

15、APP 2.4GHHz CChaiin0 無輸出出功率在一次對(duì)對(duì)某無線線AP（雙頻大大功率111n無無線APP）的測測試過程程中，突突然聽到到一聲清清脆悅耳耳的破裂裂聲，隨隨后看到到一縷青青煙緩緩緩的從板板子上升升起（可可惜沒看看清具體體是哪個(gè)個(gè)位置），周圍圍便迅速速充滿了了令人不不爽的焦焦臭味，VSAA（Veectoor SSignnal Anaalyzzer，矢量信信號(hào)分析析儀）上上的功率率也跌落落至0ddBm以以下。稍稍微有點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)的的人都可可以得出出一個(gè)結(jié)結(jié)論：“有東西西燒掉了了”。沒有輸出出功率，可想而而知，一一定是TTx回路路的某個(gè)個(gè)器件損損壞了，但是究究竟是哪哪個(gè)呢？首先采用用目

16、測法法（所謂謂目測法法就是直直接用眼眼睛觀察察元器件件的外觀觀，查看看是否有有破裂或或者燒焦焦的痕跡跡），結(jié)結(jié)果沒看看出來。然后采用用“ HYPERLINK /tag/點(diǎn)測法 點(diǎn)測法法”，這時(shí)時(shí)候你可可能會(huì)問問：“什么是是 HYPERLINK /tag/點(diǎn)測法 點(diǎn)測法法呢？” HYPERLINK /tag/點(diǎn)測法 點(diǎn)測法法就是用用探針或或探棒直直接檢測測待測點(diǎn)點(diǎn)的信號(hào)號(hào)狀態(tài)，常用于于時(shí)域信信號(hào)檢測測，如示示波器，但是由由于 HYPERLINK /tag/wi-fi Wii-Fii產(chǎn)品的的工作頻頻率較高高，一般般會(huì)通過過頻域進(jìn)進(jìn)行信號(hào)號(hào)檢測，也很少少使用 HYPERLINK /tag/點(diǎn)測法 點(diǎn)

17、點(diǎn)測法進(jìn)進(jìn)行檢測測。實(shí)踐證明明， HYPERLINK /tag/點(diǎn)測法 點(diǎn)測測法是一一種確定定RF問問題所在在的快速速有效的的手段。說起點(diǎn)測測法，不不得不說說說簡易易探針的的制作。取一條條SMAA Caablee（如圖圖3-11所示），將其其一端的的SMAA連接器器去掉（不可以以將兩端端的都去去掉），剝?nèi)ラL長度12cmm屏蔽層層，使其其芯線露露出。這這樣，一一段普通通的SMMA CCablle就此此華麗轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)身，升升級(jí)為點(diǎn)點(diǎn)測探針針，成為為一種檢檢測利器器，也成成為了RRF工程程師的好好助手。3.2. 輸輸出功率率過大現(xiàn)象：輸輸出功率率超級(jí)大大，星座座圖一片片模糊，無法解解調(diào)。這是一個(gè)個(gè)稍顯復(fù)復(fù)

18、雜的問問題。我們知道道，Attherros的的方案都都會(huì)有輸輸出功率率的控制制部分，也就是是讓Taargeet PPoweer和實(shí)實(shí)際功率率值相一一致，這這是如何何實(shí)現(xiàn)的的呢？我我們將AAP966的2.4GHHz PPA部份份電路取取出進(jìn)行行研究，如圖33-2所所示。圖3-22 2.4GHHz PPA電路路在圖3-2中，U277及其外外圍電路路組成了了功率放放大器，經(jīng)過CC2088和R2263送送至后續(xù)續(xù)的電路路。圖中中的PCC1是一一顆印制制定向耦耦合器，其3，4兩腳腳的電壓壓隨著輸輸出功率率的增大大而增大大，L118，LL19，D1，C2117和RR2488組成了了半波整整流電路路，將定定

19、向耦合合器感應(yīng)應(yīng)到的電電壓變?yōu)闉橹绷麟婋娦盘?hào)，并送至至Traanscceivver檢檢測，也也就是AAR92223_PDEET_00這個(gè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。這這樣，TTrannsceeiveer就可可以隨時(shí)時(shí)知道當(dāng)當(dāng)前的輸輸出功率率，功率率與電壓壓值的關(guān)關(guān)系是在在Callibrratee的過程程中建立立的。板子經(jīng)過過Callibrratee并Looad EEPPROMM之后，我們用用ARTT進(jìn)行CConttinuue TTx，這這時(shí)，板板子會(huì)按按照我們們?cè)O(shè)定的的Tarrgett Poowerr打出信信號(hào)，TTrannsceeiveer會(huì)提提高自身身的輸出出功率直直至與CCaliibraate過過程中記記錄

20、的對(duì)對(duì)應(yīng)的那那個(gè)電壓壓值（AAR92223_PDEET_00）一致致。這時(shí)我們們回到一一開始的的問題“輸出功功率超級(jí)級(jí)大，星星座圖一一片模糊糊，無法法解調(diào)”，怎么么回事？肯定是是Traanscceivver無無法得到到正確的的那個(gè)電電壓值，所以只只能一直直提高自自身的輸輸出功率率直至PPA的輸輸出功率率達(dá)到飽飽和。檢檢查L119，LL18，D1，C2117，RR2488，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)D1已已開路，換一顆顆新的二二極管，恢復(fù)正正常。這里需要要指出的的是，采采用定向向耦合器器進(jìn)行輸輸出功率率控制是是Athheroos特有有的一種種方法，Brooadccom和和Rallinkk中至今今還未看看到采用用這種

21、方方法的。另外，PA的的本身一一般都會(huì)會(huì)內(nèi)置功功率檢測測單元，并通過過一個(gè)引引腳出來來，通常常成為VV_DEET。3.3. 某無無線網(wǎng)卡卡靜態(tài)發(fā)發(fā)熱嚴(yán)重重現(xiàn)象：某某無線網(wǎng)網(wǎng)卡 上上電后，不做任任何操作作，四顆顆PA就就發(fā)出很很大的熱熱量，PPA的表表面溫度度很高，很燙手手。第一判斷斷就是PPA并不不是處于于真正的的“靜態(tài)”，它們們正在偷偷偷地工工作！那那么，如如何驗(yàn)證證呢？拿拿來PAA（SKKY6551377-111）的DDemoo板，用用Powwer Suppplyy供電，以便觀觀察其消消耗的電電流。上上電，發(fā)發(fā)現(xiàn)消耗耗的電流流幾乎為為零，并并不會(huì)出出現(xiàn)發(fā)熱熱的現(xiàn)象象，與該該無線網(wǎng)網(wǎng)卡的情情

22、況不一一樣。研研讀SKKY6551377-111的Daatassheeet，一一個(gè)關(guān)鍵鍵的引腳腳PA_EN引引起了我我的注意意，這個(gè)個(gè)引腳就就是PAA的使能能引腳。在上電電情況下下，將此此引腳拉拉高至33.3VV，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)5V消消耗的電電流劇增增，隨之之散發(fā)出出大量的的熱，PPA的表表面溫度度立刻上上升。將將PA_EN與與3.33V斷開開，5VV消耗的的電流隨隨之下降降，這時(shí)時(shí)，用手手觸碰PPA_EEN引腳腳，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)5V消消耗的電電流在發(fā)發(fā)生跳動(dòng)動(dòng)，這說說明人體體感應(yīng)到到的微弱弱電信號(hào)號(hào)足以使使PA處處于“Enaablee”狀態(tài)，同時(shí)說說明，PPA_EEN是一一個(gè)很敏敏感的引引腳，很很微弱的的信

23、號(hào)就就足以觸觸發(fā)。分析該無無線網(wǎng)卡卡的SKKY6551377-111單元電電路，如如圖3-3所示示（不包包括Leevell Shhiftt）。圖3-33 SKKY6551377-111單元電電路很容易發(fā)發(fā)現(xiàn)，SSKY6651337-111的PPA_EEN這個(gè)個(gè)引腳是是通過一一個(gè)Leevell Shhiftt電路直直接與AAR92220的的控制引引腳進(jìn)行行連接，這樣，AR992200控制引引腳的微微弱擾動(dòng)動(dòng)就可以以觸發(fā)PPA，所所以會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致靜態(tài)態(tài)情況下下PA發(fā)發(fā)熱。解決辦法法：在PPA_EEN引腳腳處用一一顆100K電阻阻下拉倒倒地，使使常態(tài)下下PA處處于關(guān)閉閉狀態(tài)。通過上述述辦法，解決了了PA

24、的的發(fā)熱問問題3.4. 某無無線網(wǎng)卡卡 Caalibbratte 不不準(zhǔn)現(xiàn)象：該該無線網(wǎng)網(wǎng)卡經(jīng)CCaliibraate之之后，實(shí)實(shí)際輸出出功率與與Tarrgett Poowerr不一致致。首先經(jīng)過過排查，確定不不是Caablee Looss與與ARTT的設(shè)定定問題。該無線線網(wǎng)卡的的RF部部份是我我們自主主設(shè)計(jì)的的，有太太多不確確定的因因素，這這里不進(jìn)進(jìn)行深入入的分析析。在33.2中中已經(jīng)討討論過，Athheroos的方方案通過過檢測PPA的輸輸出功率率對(duì)應(yīng)的的電壓值值來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)輸出功功率的穩(wěn)穩(wěn)定；靜靜態(tài)情況況下，若若PA無無輸出功功率，則則對(duì)應(yīng)的的電壓值值為零。通過檢檢測，發(fā)發(fā)現(xiàn)SKKY6551355-211（2.4GHHz PPA）在