Wi-Fi产品5G频段EVM测试不过问题的分析解决

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最近遇到了一件头痛事,自己负责的一款机型在工厂生产时,有百分之几的测试不良,主要表现是校准测试阶段5G频段EVM测试不过。本来最近就有很多其它项目同时在忙,又快过年了,没有什么精力和心思去分析解决。但某天抽出大半天时间去研究,没想到还基本理清了思路,找到了问题所在,并寻找到了问题的解决方案。

      EVM:Error Vector Magnitude,即误差向量幅度。这个指标是发射机发射信号质量的关键指标,一般采用仪器(标准接收机)解调信号后测得,在信号星座图上有非常直观的表现,即实际点与标准点之间的误差。如果误差过大,接收机可能会将数据错误解码。下图即采用安捷伦的仪器解调出的16-QAM星座图,可以看出很多小点偏离16个理论中心点,这样的EVM是很糟糕的!

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       调试发射信号,我们最关注的即是EVM。如果EVM不好,那我们的产品就不算调试OK,当产品通信过程中发射信号时,哪怕信号再强,接收端都无法正确解调数据。

       回到我负责产品的问题上来,通过EVM有问题样机手动测试发现,这些样机11n HT20/HT40 MCS7速率模式在目标功率下EVM波动很大,对应星座图上的表现就是这些小点不停抖动,而且时而离理论中心点很近,时而离理论中心点较远。具体来说,EVM差时只有-25dB,好时有-33dB,有规律的循环变动。我们要求的EVM通过指标是-28dB(越小误差越小,小于此值为通过),所以部分样机某些时刻测试不过。

       大概了解了问题的情况,我推测有以下几种可能:外置PA工作不稳定,收发射频芯片输出不稳定,射频开关以及接收通路对发射的影响,电源系统有问题。当然,以上四种情况不是完全分开的,因为最后者出问题可能导致前两者的问题。但是,我立刻基本排除了匹配电路的影响,因为匹配电路是一些小的电容电感,它们都是一些较“静态”的器件,不会让EVM产生波动。如果EVM有时能够达到-33dB,说明匹配电路应该是没有问题的。

       后面我调低了发射功率,EVM仍然波动很大,也没有整体的提高。为了排除外置PA以及射频开关、接收通路的影响,我直接将Cable焊至PA前段,测试收发射频芯片的输出信号,发射信号EVM仍然不甚理想,波动很大,较天线端没有明显提升。这样下来,只可能是收发射频芯片输出不稳定和电源系统的问题了。

       这种波动让我想到了电源的纹波,也是周期性的。射频芯片输出波动可能也与供电的质量有关。于是我开始着重检查电源的影响。射频芯片使用两种电压的电源,3.3V和1.2V,芯片引脚只单纯的将两种电压分别分为AVDD与DVDD,而没有标出它们在芯片内部的具体用处,这给我们非常有针对性的检查增加了难度,所以我们只能按照电源主干到分支来检查。

       采用DC POWER分别代替板上的3.3V和1.2V供电,发现在代替1.2V供电后5G频段的EVM较稳定,基本能维持在-32dB上下1dB以内,这样就将问题定位于1.2V的电源供电问题。

       这时我尝试更改产生1.2V电压的DC-DC芯片的外围电路,但都不能让其维持射频芯片输出信号EVM不明显波动。DC-DC产生1.2V后经过了磁珠,我较随意的换了几种规格的磁珠,也不能解决问题。于是,我进一步向电源后段分析,分别采用DC POWER代替板上的1.2V AVDD及1.2V DVDD给射频芯片供电,只有在代替板上1.2V AVDD时,问题消失,代替另一分支电源,问题仍然存在。这也与我的预料相符,这种情况,一般是模拟部分电源的问题。通过以上验证得出结论,射频芯片1.2V DVDD引脚没有受其它部分影响,也不会影响其它部分,而芯片1.2V AVDD引脚受到了影响。

       使用示波器测试1.2V AVDD电压纹波,没有发现异常。这个影响到底从何而来,现在还不得而解,可能是前端电源,也可能是射频芯片各1.2V AVDD引脚之间。

       我尝试更改1.2V AVDD总支处的滤波电容,原来的组合是两个22uF、一个10pF、0.1uF若干、0.01uF若干。将其中一个22uF电容更改为4.7uF后,5G频段EVM波动的问题消失。我推测是电源里的一个低频成分被滤除了,之前会通过电源进入射频芯片敏感模块,从而导致问题。但是我使用示波器对比测试改善前后的电源波形,没有发现什么异样。这点让我感觉很困惑。

       1.2V AVDD在总支经过这些电容后,会分别经过串联的0欧姆电路(起预留隔离作用)及到地小电容进入芯片引脚。我打算尝试各分支独立分析,但芯片周围小器件飞线太麻烦,在弄掉两台样机焊盘后,我妥协了。其它事还等着处理,这个还是暂且不再深究了。初步验证完更改大电容对其它指标没有影响后,我就赶快让工厂验证更改大电容做法的可行性了。

       总结来看,还是芯片某个1.2V AVDD引脚处的杂散进入射频芯片其它1.2V AVDD引脚,从而进入芯片的敏感模块,对射频芯片发射信号质量的稳定性产生了影响。但具体哪个引脚暂且还不知道,以及影响的机理,受限于对射频芯片内部了解不深,也不得而知。(以上总结有误,如果是由芯片引脚引出芯片内部杂散,那么尝试用DC POWER供电仍然不能解决问题,与事实不符,所以还是因为1.2V AVDD外部产生了杂散进入芯片引脚,后续我会做进一步验证。——2011.1.17)

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