關(guān)于WI—FI檢測板測試以及常見故障淺析

張秀鳳+張成成+劉可江+程磊+何洪峰

摘要：家電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，智能家居越來越成為主流。作為空調(diào)的智能控制部件的檢測板，其生產(chǎn)逐漸常態(tài)化和普遍化。在逐漸成熟的檢測板生產(chǎn)過程中也面臨不少制造問題。本文介紹了測試的基本原理以及檢測板常見的故障分析，便于總結(jié)生產(chǎn)質(zhì)量隱患，降低檢測板故障率。

關(guān)鍵詞：檢測板：測試基本原理；故障分析

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2017.8.011

前言

WIFI檢測板為空調(diào)智能控制的部件，在應(yīng)用時需連接當(dāng)前環(huán)境的無線網(wǎng)絡(luò)，通過用戶手機上的APP與該檢測板綁定，實現(xiàn)手機控制空調(diào)的目的。用戶不在家中時也可利用手機提前對空調(diào)進行控制，達(dá)到遠(yuǎn)程操作的目的。檢測板便利的用戶的操作，但因其體積小，元器件封裝小的特點， 在生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制就成為了難題。焊接以及AOI外觀檢驗均存在難度。本文在簡述其原理后，對易出現(xiàn)的故障進行了淺析和總結(jié)，便于生產(chǎn)控制異常，降低檢測板故障率。

1 無線網(wǎng)絡(luò)概念與W1—F1原理概述

1.1無線網(wǎng)絡(luò)概念

802.11 a/b/g/n，其實指的是無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，細(xì)分為802.lla、802.llb、802.llg。802.11n等。這幾種不同的無線協(xié)議都是由802.11演變而來的。802.11是IEEE最初制定的一個無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中的用戶與用戶終端的無線接入：802.lla工作在5G頻段，最高速率54Mbit/s，主要用于遠(yuǎn)距離的無線連接：802.llb工作在2.4GHz，最高速率11 Mbit/s，已逐步淘汰；802.lln為雙頻工作模式（包含2.4GHz和5GHz兩個工作頻段），最高速率可達(dá)到600Mbit/s。802.11 a/b/g/n協(xié)議調(diào)試方式、覆蓋范圍和兼容性等對比如表1。

2.2 WI-FI的原理

無線信號基本架構(gòu)主要由發(fā)射機和接收機兩個構(gòu)成，發(fā)射機主要將數(shù)據(jù)包經(jīng)編碼、調(diào)試、混頻后，經(jīng)振蕩器調(diào)試到無線電波信號上，再由二級功放器發(fā)出：接收機將受到的無線電波調(diào)解，即還原原始數(shù)據(jù)。

1）發(fā)射機準(zhǔn)則：在有限的頻帶內(nèi)傳輸最多的信息，接收機最容易解調(diào)。帶內(nèi)信號功率滿足要求，帶外雜散信號鄰信道泄露功率小。如圖1所示。

2）接收機準(zhǔn)則：放大有用信號，減小接收帶寬，抑制無用的鄰道信號和雜散信號，最大限度地對發(fā)射信號無誤解地解析如圖2所示。

3）我司W(wǎng)IFI檢測板使用的是QCA4004系列，該芯片集成了當(dāng)前所有主流通信接口：UART、SPI、IIC、IIS、USB2.0以及WIFI，內(nèi)置802.11協(xié)議，應(yīng)用包括主流電器（例如空調(diào)、洗衣機、熱水器等）、消費電子產(chǎn)品、以及用于家庭照明、安全監(jiān)控設(shè)備和自動化系統(tǒng)的傳感器、智能插座，被譽于物聯(lián)網(wǎng)神器。

2 測試原理和測試方案

2.1 測試原理

1）校準(zhǔn)測試

Calibration（校驗）是無線測試環(huán)境架設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到測試出的產(chǎn)品是否符合產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性，測試環(huán)境的穩(wěn)定性、標(biāo)準(zhǔn)性會影響產(chǎn)品合格率。因此要提高認(rèn)識，重視線損的校驗，確保操作規(guī)范及校準(zhǔn)值的精確性。

假設(shè)：校準(zhǔn)范圍：18-19，TX范圍：17-20，實際線損為lOdB，C為軟件中填寫的線損。

校準(zhǔn)方法：首先電腦通過廠測軟件，控制DUT發(fā)送power，假設(shè)POWER為A，則IQXEL檢測到的POWER為B：A-10=B；然后電腦通過廠測軟件將B+C=D（D=A-10+C），然后我們看到的顯示值就是D，D要處于我們所要求的范圍內(nèi)（18-19之間）。

如果C與lOdB相等，則D與A的結(jié)果就相等：如果c比lOdB大，在D保持在一定范圍內(nèi)的情況下，則A就會相應(yīng)地減小，這就導(dǎo)致DUT實際發(fā)射的功率偏小：如果C比lOdB小，在D保持在一定范圍內(nèi)的情況下，A就會相應(yīng)地增大，這就導(dǎo)致DUT實際發(fā)射的功率偏高。

2）發(fā)射測試

通過ATsuite軟件控制DUT發(fā)射固定模式、信道、速率和功率的信號，但是這個發(fā)送的信號是依據(jù)之前校準(zhǔn)值來發(fā)送的。如之前校準(zhǔn)時的增益為32，TX就會根據(jù)這個值來通知DUT發(fā)送信號，IQXEL對接收到的信號進行分析，例如EVM、Spectrum mask、TX功率、頻偏等。

3）接收測試（接收靈敏度）

通過ATsuite軟件控制IQXEL向DUT發(fā)送一定數(shù)量的數(shù)據(jù)包，有DUT反饋出接收到與丟失包的數(shù)量，該功率既為DUT接收靈敏度。

2.2 測試方案

我司使用ATsuite—3.0測試軟件配合IQxel無線綜測儀和測試工裝對WIFI檢測板性能測試，整個測試分為33個步驟，具體測試步驟如下：

1） ATC_CONNECT_TESTER，連接測試設(shè)備，判斷測試儀型號及序列號等：

2） ATC_INSERT_DUT，加載檢測板的測試DLL組件和固件版本：

3） ATC_INITIALIZE_DUT， 加載檢測板驅(qū)動程序，確定檢測板與電腦正常連接，若正常連接對檢測板進行初始化，將檢測板調(diào)試成網(wǎng)卡模式；

4） WIFI_1 1AC_TX_CALIBRATION，WIFI模塊發(fā)射頻率校準(zhǔn)，包括發(fā)射功率及頻偏的校準(zhǔn)；

5-16） WIFI_1 1AC_TX_VERIFY_ALL， 2.4GHz頻段WIFI總共有14個信號頻道，1-14信道頻率：2412+（n-l） *5 MHz，每個信道的帶寬是22MHz，但整個2.4GHz頻段內(nèi)只有3個互不重疊的信道：1、6、1 1（或者2、7、12-）。

測試軟件在模擬在Tx Power（發(fā)射功率）、Ba ndwidth（帶寬）變化的情況下信號頻道內(nèi)低（2412）、中（2437）、高（2472）頻率是否符合802.11協(xié)議要求的發(fā)射測試項目，發(fā)射（TX）測試項目和指標(biāo)范圍如下：endprint

EVM（發(fā)射機星座圖差錯/發(fā)射調(diào)制精度） 合格指標(biāo)（-10.0 dB -80.0 dB）

Freq Error（發(fā)射中心頻偏）

Sym Clk Error（符號時鐘容限）

Power（功率） 合格指標(biāo) （19.5dBm-16.5dBm）

LO Leakage（本振泄露） 合格指標(biāo)（-15.0 dBc- -100.0 dBc）

Spectrum Mask（頻譜模板） 合格指標(biāo) （2.0%—0.0%）

17-28） WIFI_1 1AC_RX_VERIFY_PER。測試軟件模擬在Data Rate（傳輸速率）、Bandwidth（帶寬）變化的情況下信號頻道內(nèi)低（2412）、中（2437）、高（2472）頻率是否符合802.11協(xié)議要求的接收測試項目，接收測試項目主要為接收靈敏度/誤報率（PER），誤碼率不超過8%-1 0%。

接收測試過程：IQxel無線測試儀發(fā)送數(shù)據(jù)包給檢測板，控制軟件統(tǒng)計檢測板接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)量，計算出誤報率。例如發(fā)1000個數(shù)據(jù)包，產(chǎn)品收到950個良好的數(shù)據(jù)包，那么誤報率PER為 （1000-950）11000*100%=5%。

29） ATC_WRITE_MAC_ADDRESS，寫入MAC地址：

30） ATC_WRITE_EEPROM，寫入發(fā)射功率及頻偏的校準(zhǔn)值：

31） ATC_READ_MAC_ADDRESS，校驗MAC地址碼是否一致：

32） ATC_TESTER_RELEASE_CONTROL，釋放測試儀的測試RF端口控制權(quán)：

33） ATC_REMOVE_DUT，斷開Wl-FI檢測板連接。

3 故障分析總結(jié)

對檢測板故障分析，首先要了解檢測板的主芯片的引腳定義，在功能上的作，再將芯片放入電路中結(jié)合其他元器件綜合分析。

芯片引腳定義解祈見表2所示。

3.1 校準(zhǔn)功率gain太大或太小原因

1）元器件問題：虛焊、脫焊、立碑、短路：

2）芯片本身問題。

3.2 校準(zhǔn)頻偏太大原因：品體振蕩器不良、虛焊

3.3 EVM不合格原因

1）功率校準(zhǔn)過高或者過低：

2）線損不好時可能造成測試功率與實際功率不一致：

3）模塊元器件問題（電容、電感）。

3.4本振泄露問題：通過修改寄存器值來調(diào)整

高通廠家驗證驗證、優(yōu)化BIN配置文件抑制LOleakage問題，提供新版本的BIN文件，使用這個bin文件時將文件名改為boa rd Data_AR6006.bin放在C：＼WindowsYSystem32Ydrivers目錄下替換原文件。合肥基地驗證更改board Data_AR6006.bin后本振泄露指標(biāo)符合要求，主要需要修正BIN文件，具體更改點見下前后對比圖如圖9所示。

3.5 頻譜模板偏大原因

1）與功率相關(guān)，功率過高或者過低導(dǎo)致：

2）頻譜模板偏大5%標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 RX（接收）不過原因

1） 芯片本身不良。判定方式：交叉實驗：解決方法：更換主芯片。

2）檢查U1-54、55引腳對應(yīng)的射頻短路電容、電感是否存在焊接、裝配問題。

54引腳（RFIN2P1）和ss引腳（RFIN2N1）為射頻輸入腳即對檢測板而言為信號接收腳，其線路上由電容和電感構(gòu)成LC電路，濾除諧波，當(dāng)其線路上的電容或者電感異常時，會存在接收靈敏度不合格的現(xiàn)象。

3.7 TX（發(fā)射）測試項目不過

主要排查U1-59、60引腳對應(yīng)的射頻短路電容、電感是否存在焊接、裝配問題。59引腳（ RFOUT2P1）和60引腳（RFOUT2N1）為射頻輸出腳即相對檢測板而言為信號發(fā)射腳，其線路上由電容和電感構(gòu)成LC電路，濾除諧波，當(dāng)其線路上的電容或者電感異常時，發(fā)射信號會存在失真故障。

3.8 USB不識別原因

1） U1芯片18、19、20腳脫焊。 19腳（USB_DPOS）和20腳（USB_DNEG）腳未連接其他元器件；18腳（VDD33_USB）為USB電源腳，焊接不良會導(dǎo)致USB無電源供電，無法被識別。

2） 17腳電阻脫焊。17引腳（SWREG_IN）為電源開關(guān)調(diào)節(jié)輸入引腳，線路上的R1易脫落，導(dǎo)致此線路短路，電源開關(guān)調(diào)節(jié)無輸入，導(dǎo)致USB無法識別。

3）排查電源電路是否存在故障 （SV供電經(jīng)V1穩(wěn)壓管轉(zhuǎn)3.3V給U1供電）。

此線路上常見異常為檢測板5V測試點與旁邊通孔的接地短路，整個檢測板無電壓輸入，導(dǎo)致USB無法識別。

4 整改措施

4.1貼片焊接整改

目前檢測板故障原因排在前列的為焊接不良，檢測板的元器件偏小，焊接上存在一定難度，在焊接時容易出現(xiàn)元器件立碑、上錫不良、短路等異常。在貼片貼裝時要監(jiān)督鋼網(wǎng)清洗、回流焊爐溫等焊接重點項目，同時做好AOI外觀全檢。

4.2 主板線焊接整改

主板線班組在焊接時不要甩錫，導(dǎo)致其他元器件或者焊點連錫短路。

4.3 防靜電控制

QCA4004芯片的兩個引腳耐靜電能力較低，在生產(chǎn)時全程需重點關(guān)注防靜電項目，嚴(yán)格按照控制器防靜電工藝執(zhí)行，避免靜電對芯片造成損傷，表3為芯片靜電參數(shù)。

4.4 檢測板專線專做

檢測板生產(chǎn)時需定制專線生產(chǎn)，既可減小故障率，又便于故障數(shù)量統(tǒng)計。

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