Wi-Fi产品射频电路调试经验谈78112258

1、Wi-Fi产品射频电路调试经验谈1 前言这份文档总结了我工作一年半以来的一些 HYPERLINK /tag/射频 射频（Radio Frequency） HYPERLINK /tag/调试 调试（以下称为Debug）经验，记录的是我在实际项目开发中遇到并解决问题的过程。现在我想利用这份文档与大家分享这些经验，如果这份文档能够对大家的工作起到一定的帮助作用，那将是我最大的荣幸。个人感觉觉，Deebugg过程用用的都是是最简单单的基础础知识，如果能能够对RRF的基基础知识识有极为为深刻（注意，是极为为深刻）的理解解，我相相信，所所有的BBug解解起来都都会易如如反掌。同样，我的这这篇文档档也将会会

2、以最通通俗易懂懂的语言言，讲述述最通俗俗易懂的的Debbug技技巧。在本文中中，我尽尽量避免免写一些些空洞的的理论知知识，但但是第二二章的内内容除外外。“微波频频率下的的无源器器件”这部分分的内容容截取自自我尚未未完成的的“长篇大大论” HYPERLINK /tag/wi-fi Wii-Fii产品的的一般 HYPERLINK /tag/射频 射射频电路路设计（第二版版）。我相信这这份文档档有且不不只有一一处错误误，如果果能够被被大家发发现，希希望能够够提出，这样我我们就能能够共同同进步。2 微波波频率下下的无源源器件在这一章章中，主主要讲解解微波频频率下的的无源器器件。一一个简单单的问题题：一

3、个个1K的的电阻在在直流情情况下的的阻值是是1K，在频率率为100MHzz的回路路中可能能还是11K，但但是在110GHHz的情情况下呢呢？它的的阻值还还会是11K吗？答案是是否定的的。在微微波频率率下，我我们需要要用另外外一种眼眼光来看看待无源源器件。2.1. 微波波频率下下的导线线微波频率率下的导导线可以以有很多多种存在在方式，可以是是微带线线，可以以是带状状线，可可以是同同轴电缆缆，可以以是元件件的引脚脚等等。2.1.1. 趋肤效效应在低频情情况下，导线内内部的电电流是均均匀的，但是在在微波频频率下，导线内内部会产产生很强强的磁场场，这种种磁场迫迫使电子子向导体体的边缘缘聚集，从而使使电

4、流只只在导线线的表面面流动，这种现现象就称称为趋肤肤效应。趋肤效效应导致致导线的的电阻增增大，结结果会怎怎样？当当信号沿沿导体传传输时衰衰减会很很严重。在实际际的高频频场合，如收音音机的感感应线圈圈，为了了减少趋趋肤效应应造成的的信号衰衰减，通通常会使使用多股股导线并并排绕线线，而不不会使用用单根的的导线。我们通通常用趋趋肤深度度来描述述趋肤效效应。趋趋肤深度度是频率率与导线线本身共共同的作作用，在在这里我我们不会会作深入入的讨论论。2.1.2. 直线电电感我们知道道，在有有电流流流过的导导线周围围会产生生磁场，如果导导线中的的电流是是交变电电流，那那么磁场场强度也也会随着着电流的的变化而而变

5、化，因此，在导线线两端会会产生一一个阻止止电流变变化的电电压，这这种现象象称之为为自感。也就是是说，微微波频率率下的导导线会呈呈现出电电感的特特性，这这种电感感称为直直线电感感。也许许你会直直线电感感很微小小，可以以忽略，但是我我们将会会在后面面的内容容中看到到，随着着频率的的增高，直线电电感就越越来越重重要。电感的概概念是非非常重要要的，因因为微波波频率下下，任何何导线（或者导导体）都都会呈现现出一定定的电感感特性，就连电电阻，电电容的引引脚也不不例外。2.2. 微波波频率下下的电阻阻从根本上上说，电电阻是描描述某种种材料阻阻碍电流流流动的的特性，电阻与与电流，电压的的关系在在欧姆定定律中已

6、已经给出出。但是是，在微微波频率率下，我我们就不不能用欧欧姆定律律去简单单描述电电阻，这这个时候候，电阻阻的特性性应经发发生了很很大的变变化。2.2.1. 电阻的的等效电电路电阻的等等效电路路如图22-1所所示。其其中R就就是电阻阻在直流流情况下下电阻自自身的阻阻值，LL是电阻阻的引脚脚，C因因电阻结结构的不不同而不不同。我我们很容容易就可可以想到到，在不不同的频频率下，同一个个电阻会会呈现出出不同的的阻值。想想平平时在我我们进行行 HYPERLINK /tag/wi-fi Wi-Fi产产品的设设计，几几乎不用用到直插插的元件件（大容容量电解解电容除除外），一方面面是为了了减小体体积，另另一方

7、面面，也是是更为重重要的原原因，减减小元件件引脚引引起的电电感。图2-11 电阻阻的等效效电路图2-22定性的的给出了了电阻的的阻值与与频率的的关系。图2-22 电阻阻的阻值值与频率率我们试着着分析电电阻具有有这样的的特性的的原因。当频率率为0时时（对应应直流信信号），电阻呈呈现出的的阻值就就是其自自身的阻阻值；当当频率提提高时，电阻呈呈现出的的阻值是是自身的的阻值加加上电感感呈现出出的感抗抗；当频频率进一一步提高高时，电电阻自身身的阻值值加上电电感的感感抗已经经相当的的大，于于是电阻阻表现出出的阻值值就是那那个并联联的电容容的容抗抗，而且且频率越越高，容容抗越小小。2.3. 微波波频率下下的

8、电容容在 HYPERLINK /tag/射频 射频电电路中，电容是是一种被被广泛使使用的元元件，如如旁路电电容，级级间耦合合，谐振振回路，滤波器器等。和和电阻一一样，微微波频率率下电容容的容抗抗特性也也会发生生很大的的变化。2.3.1. 电容的的等效电电路我们知道道，电容容的材料料决定着着电容的的特性参参数，电电容的等等效电路路如图22-3所所示。CC是电容容自身的的容值，Rp为为并联的的绝缘电电阻，RRs是电电容的热热损耗，L是电电容的引引脚的电电感。图2-33 电容容的等效效电路关于电容容，我在在这里介介绍几个个平时大大家在选选料是可可能不会会关注的的参数。图2-44定性的的给出了了电容在

9、在不同频频率下的的表现出出的电抗抗特性。图中的的纵轴为为插入损损耗（IInseertiion Losss），也就是是由于电电容的加加入引起起的损耗耗。图2-44 电容容在不同同频率下下的电抗抗特性显然，在在转折之之前，电电容表现现出的是是电容的的特性，转折之之后，电电容表现现出来的的却是电电感的特特性。一一般来说说，大容容量的电电容会比比小容量量的电容容表现出出更多的的电感特特性。因因此，在在2500MHzz的频率率下，一一个0.1uFF的旁路路电容不不一定比比1000pF的的电容效效果更好好。换句句话说，容抗的的经典公公式似乎说明明当频率率一定时时，电容容的容量量越大，容抗越越小。但但是在微

10、微波率下下，结论论是相反反的。在在微波频频率下，一个00.1uuF的电电容会表表现出比比1000pF电电容更大大的阻抗抗，这也也是我们们在设计计电源电电路时为为什么要要在大容容量的电电解电容容两端并并联小容容量的电电容的原原因，这这些小容容量的电电容用于于消除高高频的噪噪声信号号。2.3.2. 电容的的容量与与温度特特性在CISS库中选选料时，我们总总会发现现电容有有一项参参数为XX7R或或者X55R，NNPO等等，我特特此搜寻寻相关资资料，翻翻译过来来，写在在这一节节中。这类参数数描述了了电容采采用的电电介质材材料类别别，温度度特性以以及误差差等参数数，不同同的值也也对应着着一定的的电容容容

11、量的范范围。具具体来说说，就是是：X7R常常用于容容量为333000pF0.333uFF的电容容，这类类电容适适用于滤滤波，耦耦合等场场合，电电介质常常数比较较大，当当温度从从0C变化化为700C时，电容容容量的变变化为15%；Y5P与与Y5VV常用于于容量为为1500pF2nFF的电容容，温度度范围比比较宽，随着温温度变化化，电容容容量变变化范围围为10%或者+22%/-882%。对于其他他的编码码与温度度特性的的关系，大家可可以参考考表2-1。例例如，XX5R的的意思就就是该电电容的正正常工作作温度为为-555C+85C，对对应的电电容容量量变化为为15%。表2-11 电容容的温度度与容量

12、量误差编编码2.4.1. 电感的的等效电电路不难想象象，导线线的本身身存在一一定的电电阻，相相邻量个个线圈之之前存在在一定的的电容，于是，我们得得到如图图2-55所示的的电感的的等效电电路。其其中Rss为导线线存在的的电阻，L为电电感自身身的感值值，C是是等效电电容。电电感的电电感量频率曲曲线与电电阻的阻阻抗频频率曲线线颇有些些相似，这与它它们具有有类似的的等效电电路有直直接关系系。读者者可自行行分析电电感的频频率特性性曲线。图2-55 电感感的等效效电路2.4.2. 电感的的Q值电感的感感抗与串串联电阻阻Rs的的比值称称为电感感的Q值值，即QQ=X/Rs与与电容类类似，QQ值越大大，则电电感

13、的质质量越好好。如果果电感是是一个理理想电感感，那么么Q值应应该是无无限大，但是实实际中不不存在理理想的电电感，所所以Q值值无限大大的电感感是不存存在的。在低频情情况下，电感的的Q值非非常大，因为这这个时候候Rs只只是导线线的直流流电阻，这是一一个很小小的值。当频率率升高时时，电感感的感抗抗X会变变大，所所以电感感的Q值值会随着着频率的的提高而而增大（这个时时候趋肤肤效应还还不明显显）；但但是，当当频率提提高到一一定的程程度的时时候，趋趋肤效应应就不可可忽视了了，这时时串联电电阻Rss会随着着频率的的提高而而变大，同时串串联电容容C也开开始发挥挥作用，从而导导致Q值值随着频频率的提提高而降降低

14、。图图2-66给出了了某公司司的一款款电感的的Q值与与频率的的关系。图2-66 某公公司的电电感的QQ值与频频率变化化关系曲曲线为了尽量量增大电电感的QQ值，在在制作电电感时，我们通通常可以以采用以以下的几几种方法法：使用直径径较大的的导线，可以降降低电感感的直流流阻抗；将电感的的线圈拉拉开，可可以降低低线圈之之间的分分布电容容；增大电感感的磁导导系数，这通常常用磁芯芯来实现现，如铁铁氧体磁磁芯。其实，电电感的手手工制作作，是射射频工程程师的必必修课，但是这这部分内内容比较较复杂，本文暂暂不进行行讨论，感兴趣趣的读者者可以查查阅相关关文献。3 RFF Deebugg经验分分享3.1. 某无无线

15、APP 2.4GHHz CChaiin0 无输出出功率在一次对对某无线线AP（双频大大功率111n无无线APP）的测测试过程程中，突突然听到到一声清清脆悦耳耳的破裂裂声，随随后看到到一缕青青烟缓缓缓的从板板子上升升起（可可惜没看看清具体体是哪个个位置），周围围便迅速速充满了了令人不不爽的焦焦臭味，VSAA（Veectoor SSignnal Anaalyzzer，矢量信信号分析析仪）上上的功率率也跌落落至0ddBm以以下。稍稍微有点点经验的的人都可可以得出出一个结结论：“有东西西烧掉了了”。没有输出出功率，可想而而知，一一定是TTx回路路的某个个器件损损坏了，但是究究竟是哪哪个呢？首先采用用目

16、测法法（所谓谓目测法法就是直直接用眼眼睛观察察元器件件的外观观，查看看是否有有破裂或或者烧焦焦的痕迹迹），结结果没看看出来。然后采用用“ HYPERLINK /tag/点测法 点测法法”，这时时候你可可能会问问：“什么是是 HYPERLINK /tag/点测法 点测法法呢？” HYPERLINK /tag/点测法 点测法法就是用用探针或或探棒直直接检测测待测点点的信号号状态，常用于于时域信信号检测测，如示示波器，但是由由于 HYPERLINK /tag/wi-fi Wii-Fii产品的的工作频频率较高高，一般般会通过过频域进进行信号号检测，也很少少使用 HYPERLINK /tag/点测法 点

17、点测法进进行检测测。实践证明明， HYPERLINK /tag/点测法 点测测法是一一种确定定RF问问题所在在的快速速有效的的手段。说起点测测法，不不得不说说说简易易探针的的制作。取一条条SMAA Caablee（如图图3-11所示），将其其一端的的SMAA连接器器去掉（不可以以将两端端的都去去掉），剥去长长度12cmm屏蔽层层，使其其芯线露露出。这这样，一一段普通通的SMMA CCablle就此此华丽转转身，升升级为点点测探针针，成为为一种检检测利器器，也成成为了RRF工程程师的好好助手。3.2. 输输出功率率过大现象：输输出功率率超级大大，星座座图一片片模糊，无法解解调。这是一个个稍显复复

18、杂的问问题。我们知道道，Attherros的的方案都都会有输输出功率率的控制制部分，也就是是让Taargeet PPoweer和实实际功率率值相一一致，这这是如何何实现的的呢？我我们将AAP966的2.4GHHz PPA部份份电路取取出进行行研究，如图33-2所所示。图3-22 2.4GHHz PPA电路路在图3-2中，U277及其外外围电路路组成了了功率放放大器，经过CC2088和R2263送送至后续续的电路路。图中中的PCC1是一一颗印制制定向耦耦合器，其3，4两脚脚的电压压随着输输出功率率的增大大而增大大，L118，LL19，D1，C2117和RR2488组成了了半波整整流电路路，将定定

19、向耦合合器感应应到的电电压变为为直流电电信号，并送至至Traanscceivver检检测，也也就是AAR92223_PDEET_00这个网网络。这这样，TTrannsceeiveer就可可以随时时知道当当前的输输出功率率，功率率与电压压值的关关系是在在Callibrratee的过程程中建立立的。板子经过过Callibrratee并Looad EEPPROMM之后，我们用用ARTT进行CConttinuue TTx，这这时，板板子会按按照我们们设定的的Tarrgett Poowerr打出信信号，TTrannsceeiveer会提提高自身身的输出出功率直直至与CCaliibraate过过程中记记录

20、的对对应的那那个电压压值（AAR92223_PDEET_00）一致致。这时我们们回到一一开始的的问题“输出功功率超级级大，星星座图一一片模糊糊，无法法解调”，怎么么回事？肯定是是Traanscceivver无无法得到到正确的的那个电电压值，所以只只能一直直提高自自身的输输出功率率直至PPA的输输出功率率达到饱饱和。检检查L119，LL18，D1，C2117，RR2488，发现现D1已已开路，换一颗颗新的二二极管，恢复正正常。这里需要要指出的的是，采采用定向向耦合器器进行输输出功率率控制是是Athheroos特有有的一种种方法，Brooadccom和和Rallinkk中至今今还未看看到采用用这种

21、方方法的。另外，PA的的本身一一般都会会内置功功率检测测单元，并通过过一个引引脚出来来，通常常成为VV_DEET。3.3. 某无无线网卡卡静态发发热严重重现象：某某无线网网卡 上上电后，不做任任何操作作，四颗颗PA就就发出很很大的热热量，PPA的表表面温度度很高，很烫手手。第一判断断就是PPA并不不是处于于真正的的“静态”，它们们正在偷偷偷地工工作！那那么，如如何验证证呢？拿拿来PAA（SKKY6551377-111）的DDemoo板，用用Powwer Suppplyy供电，以便观观察其消消耗的电电流。上上电，发发现消耗耗的电流流几乎为为零，并并不会出出现发热热的现象象，与该该无线网网卡的情情

22、况不一一样。研研读SKKY6551377-111的Daatassheeet，一一个关键键的引脚脚PA_EN引引起了我我的注意意，这个个引脚就就是PAA的使能能引脚。在上电电情况下下，将此此引脚拉拉高至33.3VV，发现现5V消消耗的电电流剧增增，随之之散发出出大量的的热，PPA的表表面温度度立刻上上升。将将PA_EN与与3.33V断开开，5VV消耗的的电流随随之下降降，这时时，用手手触碰PPA_EEN引脚脚，发现现5V消消耗的电电流在发发生跳动动，这说说明人体体感应到到的微弱弱电信号号足以使使PA处处于“Enaablee”状态，同时说说明，PPA_EEN是一一个很敏敏感的引引脚，很很微弱的的信

23、号就就足以触触发。分析该无无线网卡卡的SKKY6551377-111单元电电路，如如图3-3所示示（不包包括Leevell Shhiftt）。图3-33 SKKY6551377-111单元电电路很容易发发现，SSKY6651337-111的PPA_EEN这个个引脚是是通过一一个Leevell Shhiftt电路直直接与AAR92220的的控制引引脚进行行连接，这样，AR992200控制引引脚的微微弱扰动动就可以以触发PPA，所所以会导导致静态态情况下下PA发发热。解决办法法：在PPA_EEN引脚脚处用一一颗100K电阻阻下拉倒倒地，使使常态下下PA处处于关闭闭状态。通过上述述办法，解决了了PA

24、的的发热问问题3.4. 某无无线网卡卡 Caalibbratte 不不准现象：该该无线网网卡经CCaliibraate之之后，实实际输出出功率与与Tarrgett Poowerr不一致致。首先经过过排查，确定不不是Caablee Looss与与ARTT的设定定问题。该无线线网卡的的RF部部份是我我们自主主设计的的，有太太多不确确定的因因素，这这里不进进行深入入的分析析。在33.2中中已经讨讨论过，Athheroos的方方案通过过检测PPA的输输出功率率对应的的电压值值来实现现输出功功率的稳稳定；静静态情况况下，若若PA无无输出功功率，则则对应的的电压值值为零。通过检检测，发发现SKKY6551355-211（2.4GHHz PPA）在