多級(jí)多路射頻電路如何保證生產(chǎn)一致性的研究

張凱

摘? ?要：本文根據(jù)無(wú)線通信領(lǐng)域中常用的射頻電路的特點(diǎn)，描述了多級(jí)多路射頻電路的使用場(chǎng)景，并且介紹了當(dāng)電路出現(xiàn)一致性較差問(wèn)題導(dǎo)致的客戶端出現(xiàn)的不良影響，并在此基礎(chǔ)上討論如何在物料選型、電路設(shè)計(jì)、測(cè)試和生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行控制，提供了多種控制手段，期望最終在不增加大量成本的情況下，提高多級(jí)多路射頻電路的生產(chǎn)一致性，并確保產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的進(jìn)度，可以導(dǎo)入消費(fèi)級(jí)或者企業(yè)級(jí)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：多級(jí)多路? ?射頻電路? ?生產(chǎn)一致性

中圖分類號(hào)：TN97? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（a）-0145-03

隨著無(wú)線通信的發(fā)展，智能手機(jī)、5G基站、wifi基站，藍(lán)牙終端為代表的無(wú)線設(shè)備越來(lái)越多[1]，而無(wú)線設(shè)備中，肯定會(huì)有射頻電路設(shè)計(jì)，為了滿足多種多樣的無(wú)線設(shè)備設(shè)計(jì)要求，射頻電路的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高，本研究的目的是為了研究多級(jí)多路射頻電路的生產(chǎn)一致性。

1? 多級(jí)多路射頻電路介紹

1.1 射頻電路

射頻指的是頻率高于100kHz的電磁波，具備遠(yuǎn)距離傳輸能力。射頻電路就是傳輸射頻電磁波的電路，由信號(hào)接發(fā)器、有源和無(wú)源電路、放大器等元件組成。

1.2 多級(jí)多路射頻電路

最基礎(chǔ)的射頻放大電路包括發(fā)射放大器，接收放大器、射頻開(kāi)關(guān)，大致如圖1所示。

如果具備多個(gè)發(fā)射放大器、接收放大器、射頻開(kāi)關(guān)的電路，并形成串行關(guān)系的，稱為多級(jí)射頻電路。

如果具備多個(gè)發(fā)射放大器、接收放大器、射頻開(kāi)關(guān)的電路，并通過(guò)功率分配器電路形成一分多的電路，稱為多路射頻電路。

本文討論的多級(jí)多路射頻電路，常見(jiàn)的電路框路，如圖2所示。

多級(jí)多路射頻電路可以將同一個(gè)射頻信號(hào)放大到多個(gè)天線發(fā)射，擴(kuò)大覆蓋范圍，在無(wú)線通信中應(yīng)用廣泛。

2? 多級(jí)多路射頻電路一致性問(wèn)題

射頻電路基本都有一致性指標(biāo)，比如wifi產(chǎn)品，單個(gè)端口的射頻一致性指標(biāo)大概為±2dBm，這是由于射頻電路中，放大器、射頻開(kāi)關(guān)、匹配電路都有器件一致性的指標(biāo)差異，而且射頻電路的指標(biāo)差異遠(yuǎn)大于低頻和數(shù)字電路。這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)多級(jí)多路射頻電路時(shí)，每臺(tái)設(shè)備與每個(gè)端口之間都存在射頻一致性的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)射頻電路的射頻一致性特別差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致客戶設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)難度加大，因?yàn)樯漕l信號(hào)強(qiáng)度會(huì)影響覆蓋范圍、網(wǎng)絡(luò)容量、服務(wù)質(zhì)量等無(wú)線網(wǎng)關(guān)鍵指標(biāo)，甚至導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部的射頻電路損壞，所以多級(jí)多路射頻電路一致性必須要控制好，wifi產(chǎn)品通常建議在±3dBm之內(nèi)。

3? 射頻一致性的控制方法

產(chǎn)品的射頻一致性控制包括3個(gè)部分：設(shè)計(jì)控制;開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)試控制;物料控制。

3.1 設(shè)計(jì)控制

控制射頻板的布線，嚴(yán)格按照通用的射頻板布線原則，對(duì)比基礎(chǔ)射頻電路，要更加小心，常見(jiàn)的設(shè)計(jì)原則包括：

（1）數(shù)字與模擬信號(hào)強(qiáng)是否跨區(qū)域布線，當(dāng)出現(xiàn)跨區(qū)域布線時(shí)，一定要采取射頻信號(hào)線與地之間的距離，多步一些地平面。

（2）發(fā)射部分與接收部分需要隔離開(kāi)。

（3）高功率區(qū)需要有一塊整地。

（4）射頻走線的轉(zhuǎn)角半徑需要足夠大。

（5）每一級(jí)設(shè)計(jì)都要做好匹配。

射頻信號(hào)的設(shè)計(jì)已經(jīng)有很多設(shè)計(jì)原則，并非本文討論的重點(diǎn)，不再過(guò)多論述。

3.2 開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)試控制

開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)對(duì)設(shè)備的射頻指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法和工具是有很大差異的，為了保證生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)試結(jié)果與開(kāi)發(fā)過(guò)程中的測(cè)試結(jié)果一致，需要控制幾個(gè)方面的測(cè)試結(jié)果。

3.2.1 溫漂的影響

開(kāi)發(fā)過(guò)程中的測(cè)試通常時(shí)間較長(zhǎng)，所以芯片和設(shè)備已經(jīng)充分加熱，這時(shí)的測(cè)試結(jié)果為產(chǎn)品芯片加熱后的結(jié)果。在不同溫度變化下，基站輸出功率的變化與極端環(huán)境的溫度變化相關(guān)聯(lián)，所以測(cè)試結(jié)果會(huì)有差異[2]。

生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)試為了壓縮生產(chǎn)成本，通常測(cè)試時(shí)間較短，所以芯片和設(shè)備沒(méi)有充分加熱，這時(shí)的測(cè)試結(jié)果與開(kāi)發(fā)過(guò)程中會(huì)有差異，導(dǎo)致誤判。

為了保證測(cè)試結(jié)果一致性，在生產(chǎn)過(guò)程中的射頻指標(biāo)測(cè)試也要保證加熱2min后再進(jìn)行測(cè)試，再開(kāi)發(fā)過(guò)程中則要保證散熱模塊齊全，確保不會(huì)因?yàn)闇y(cè)試出熱超標(biāo)的結(jié)果，導(dǎo)致影響一致性判斷。

3.2.2 接觸的影響

開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的測(cè)試接頭與生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)試接頭是不一樣的，開(kāi)發(fā)過(guò)程中會(huì)將使用標(biāo)準(zhǔn)接頭測(cè)試，需要把接頭旋轉(zhuǎn)到底保證接觸效果，而生產(chǎn)過(guò)程中為了壓縮生產(chǎn)成本，往往采用即插即用的模塊，這就導(dǎo)致了可能出現(xiàn)接觸不良的問(wèn)題。

產(chǎn)品需要設(shè)計(jì)檢測(cè)接觸的電路，并用指示燈指示，在生產(chǎn)過(guò)程中，測(cè)試人員要通過(guò)指示燈確保正常接觸后，才開(kāi)始測(cè)試，確保一致性。

3.2.3 測(cè)試設(shè)備的影響

射頻測(cè)試對(duì)測(cè)試設(shè)備的測(cè)量精度、噪聲系數(shù)、不確定度的要求很高[3]，所以必須要確保每一次的測(cè)試設(shè)備都有校準(zhǔn)，測(cè)試設(shè)備包括測(cè)試儀表、測(cè)試饋線、測(cè)試工裝等。

3.3 物料控制

物料控制是射頻一致性控制的重點(diǎn)，由于主要的射頻芯片，比如射頻芯片、PA、LNA、開(kāi)關(guān)基本都不會(huì)混用物料，所以這些物料出現(xiàn)一致性問(wèn)題的可能性較小。反而是射頻鏈路上的電容、電感、PCB是最容易被忽略的物料，而且這些物料被忽略后，可能導(dǎo)致開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不了一致性問(wèn)題，到了生產(chǎn)過(guò)程中才會(huì)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的一致性問(wèn)題。