關(guān)于WI—FI檢測(cè)板測(cè)試以及常見(jiàn)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(lái)越成為主流。作為空調(diào)的智能控制部件的檢測(cè)板，其生產(chǎn)逐漸常態(tài)化和普遍化。在逐漸成熟的檢測(cè)板生產(chǎn)過(guò)程中也面臨不少制造問(wèn)題。本文介紹了測(cè)試的基本原理以及檢測(cè)板常見(jiàn)的故障分析，便于總結(jié)生產(chǎn)質(zhì)量隱患，降低檢測(cè)板故障率。

關(guān)鍵詞：檢測(cè)板：測(cè)試基本原理；故障分析

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2017.8.011

前言

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

1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)概念與W1—F1原理概述

1.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)概念

802.11 a/b/g/n，其實(shí)指的是無(wú)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(wú)線協(xié)議都是由802.11演變而來(lái)的。802.11是IEEE最初制定的一個(gè)無(wú)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(wú)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(wú)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(gè)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(duì)比如表1。

2.2 WI-FI的原理

無(wú)線信號(hào)基本架構(gòu)主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩個(gè)構(gòu)成，發(fā)射機(jī)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(wú)線電波信號(hào)上，再由二級(jí)功放器發(fā)出：接收機(jī)將受到的無(wú)線電波調(diào)解，即還原原始數(shù)據(jù)。

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

2）接收機(jī)準(zhǔn)則：放大有用信號(hào)，減小接收帶寬，抑制無(wú)用的鄰道信號(hào)和雜散信號(hào)，最大限度地對(duì)發(fā)射信號(hào)無(wú)誤解地解析如圖2所示。

3）我司W(wǎng)IFI檢測(cè)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(jī)、熱水器等）、消費(fèi)電子產(chǎn)品、以及用于家庭照明、安全監(jiān)控設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的傳感器、智能插座，被譽(yù)于物聯(lián)網(wǎng)神器。

2 測(cè)試原理和測(cè)試方案

2.1 測(cè)試原理

1）校準(zhǔn)測(cè)試

Calibration（校驗(yàn)）是無(wú)線測(cè)試環(huán)境架設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到測(cè)試出的產(chǎn)品是否符合產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性，測(cè)試環(huán)境的穩(wěn)定性、標(biāo)準(zhǔn)性會(huì)影響產(chǎn)品合格率。因此要提高認(rèn)識(shí)，重視線損的校驗(yàn)，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(shí)際線損為lOdB，C為軟件中填寫(xiě)的線損。

校準(zhǔn)方法：首先電腦通過(guò)廠測(cè)軟件，控制DUT發(fā)送power，假設(shè)POWER為A，則IQXEL檢測(cè)到的POWER為B：A-10=B；然后電腦通過(guò)廠測(cè)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(huì)相應(yīng)地減小，這就導(dǎo)致DUT實(shí)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(huì)相應(yīng)地增大，這就導(dǎo)致DUT實(shí)際發(fā)射的功率偏高。

2）發(fā)射測(cè)試

通過(guò)ATsuite軟件控制DUT發(fā)射固定模式、信道、速率和功率的信號(hào)，但是這個(gè)發(fā)送的信號(hào)是依據(jù)之前校準(zhǔn)值來(lái)發(fā)送的。如之前校準(zhǔn)時(shí)的增益為32，TX就會(huì)根據(jù)這個(gè)值來(lái)通知DUT發(fā)送信號(hào)，IQXEL對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，例如EVM、Spectrum mask、TX功率、頻偏等。

3）接收測(cè)試（接收靈敏度）

通過(guò)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(cè)試方案

我司使用ATsuite—3.0測(cè)試軟件配合IQxel無(wú)線綜測(cè)儀和測(cè)試工裝對(duì)WIFI檢測(cè)板性能測(cè)試，整個(gè)測(cè)試分為33個(gè)步驟，具體測(cè)試步驟如下：

1） ATC_CONNECT_TESTER，連接測(cè)試設(shè)備，判斷測(cè)試儀型號(hào)及序列號(hào)等：

2） ATC_INSERT_DUT，加載檢測(cè)板的測(cè)試DLL組件和固件版本：

3） ATC_INITIALIZE_DUT， 加載檢測(cè)板驅(qū)動(dòng)程序，確定檢測(cè)板與電腦正常連接，若正常連接對(duì)檢測(cè)板進(jìn)行初始化，將檢測(cè)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(gè)信號(hào)頻道，1-14信道頻率：2412+（n-l） *5 MHz，每個(gè)信道的帶寬是22MHz，但整個(gè)2.4GHz頻段內(nèi)只有3個(gè)互不重疊的信道：1、6、1 1（或者2、7、12-）。

測(cè)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(hào)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(cè)試項(xiàng)目，發(fā)射（TX）測(cè)試項(xiàng)目和指標(biāo)范圍如下：endprint

EVM（發(fā)射機(jī)星座圖差錯(cuò)/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(hào)時(shí)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(cè)試軟件模擬在Data Rate（傳輸速率）、Bandwidth（帶寬）變化的情況下信號(hào)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(cè)試項(xiàng)目，接收測(cè)試項(xiàng)目主要為接收靈敏度/誤報(bào)率（PER），誤碼率不超過(guò)8%-1 0%。

接收測(cè)試過(guò)程：IQxel無(wú)線測(cè)試儀發(fā)送數(shù)據(jù)包給檢測(cè)板，控制軟件統(tǒng)計(jì)檢測(cè)板接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)量，計(jì)算出誤報(bào)率。例如發(fā)1000個(gè)數(shù)據(jù)包，產(chǎn)品收到950個(gè)良好的數(shù)據(jù)包，那么誤報(bào)率PER為 （1000-950）11000*100%=5%。

29） ATC_WRITE_MAC_ADDRESS，寫(xiě)入MAC地址：

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

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

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

33） ATC_REMOVE_DUT，斷開(kāi)Wl-FI檢測(cè)板連接。

3 故障分析總結(jié)

對(duì)檢測(cè)板故障分析，首先要了解檢測(cè)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(jiàn)表2所示。

3.1 校準(zhǔn)功率gain太大或太小原因

1）元器件問(wèn)題：虛焊、脫焊、立碑、短路：

2）芯片本身問(wèn)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(guò)高或者過(guò)低：

2）線損不好時(shí)可能造成測(cè)試功率與實(shí)際功率不一致：

3）模塊元器件問(wèn)題（電容、電感）。

3.4本振泄露問(wèn)題：通過(guò)修改寄存器值來(lái)調(diào)整

高通廠家驗(yàn)證驗(yàn)證、優(yōu)化BIN配置文件抑制LOleakage問(wèn)題，提供新版本的BIN文件，使用這個(gè)bin文件時(shí)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(yàn)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(diǎn)見(jiàn)下前后對(duì)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(guò)高或者過(guò)低導(dǎo)致：

2）頻譜模板偏大5%標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 RX（接收）不過(guò)原因

1） 芯片本身不良。判定方式：交叉實(shí)驗(yàn)：解決方法：更換主芯片。

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

54引腳（RFIN2P1）和ss引腳（RFIN2N1）為射頻輸入腳即對(duì)檢測(cè)板而言為信號(hào)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(shí)，會(huì)存在接收靈敏度不合格的現(xiàn)象。

3.7 TX（發(fā)射）測(cè)試項(xiàng)目不過(guò)

主要排查U1-59、60引腳對(duì)應(yīng)的射頻短路電容、電感是否存在焊接、裝配問(wèn)題。59引腳（ RFOUT2P1）和60引腳（RFOUT2N1）為射頻輸出腳即相對(duì)檢測(cè)板而言為信號(hào)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(shí)，發(fā)射信號(hào)會(huì)存在失真故障。

3.8 USB不識(shí)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(huì)導(dǎo)致USB無(wú)電源供電，無(wú)法被識(shí)別。

2） 17腳電阻脫焊。17引腳（SWREG_IN）為電源開(kāi)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(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)無(wú)輸入，導(dǎo)致USB無(wú)法識(shí)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(jiàn)異常為檢測(cè)板5V測(cè)試點(diǎn)與旁邊通孔的接地短路，整個(gè)檢測(cè)板無(wú)電壓輸入，導(dǎo)致USB無(wú)法識(shí)別。

4 整改措施

4.1貼片焊接整改

目前檢測(cè)板故障原因排在前列的為焊接不良，檢測(cè)板的元器件偏小，焊接上存在一定難度，在焊接時(shí)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(shí)要監(jiān)督鋼網(wǎng)清洗、回流焊爐溫等焊接重點(diǎn)項(xiàng)目，同時(shí)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(shí)不要甩錫，導(dǎo)致其他元器件或者焊點(diǎn)連錫短路。

4.3 防靜電控制

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

4.4 檢測(cè)板專線專做

檢測(cè)板生產(chǎn)時(shí)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(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M]電子工業(yè)出版社，2008.1

[2]陳文周WI-FI技術(shù)研究與應(yīng)用[J]數(shù)掘通信，2008，2

[3]熊輝WI-FI技術(shù)及其應(yīng)用簡(jiǎn)述[J]硅谷，2009，12endprint