多級多路射頻電路如何保證生產一致性的研究

張凱

摘? ?要：本文根據無線通信領域中常用的射頻電路的特點，描述了多級多路射頻電路的使用場景，并且介紹了當電路出現一致性較差問題導致的客戶端出現的不良影響，并在此基礎上討論如何在物料選型、電路設計、測試和生產過程中進行控制，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，提高多級多路射頻電路的生產一致性，并確保產品開發的進度，可以導入消費級或者企業級產品的開發過程。

關鍵詞：多級多路? ?射頻電路? ?生產一致性

中圖分類號：TN97? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（a）-0145-03

隨著無線通信的發展，智能手機、5G基站、wifi基站，藍牙終端為代表的無線設備越來越多[1]，而無線設備中，肯定會有射頻電路設計，為了滿足多種多樣的無線設備設計要求，射頻電路的設計要求也越來越高，本研究的目的是為了研究多級多路射頻電路的生產一致性。

1? 多級多路射頻電路介紹

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，由信號接發器、有源和無源電路、放大器等元件組成。

1.2 多級多路射頻電路

最基礎的射頻放大電路包括發射放大器，接收放大器、射頻開關，大致如圖1所示。

如果具備多個發射放大器、接收放大器、射頻開關的電路，并形成串行關系的，稱為多級射頻電路。

如果具備多個發射放大器、接收放大器、射頻開關的電路，并通過功率分配器電路形成一分多的電路，稱為多路射頻電路。

本文討論的多級多路射頻電路，常見的電路框路，如圖2所示。

多級多路射頻電路可以將同一個射頻信號放大到多個天線發射，擴大覆蓋范圍，在無線通信中應用廣泛。

2? 多級多路射頻電路一致性問題

射頻電路基本都有一致性指標，比如wifi產品，單個端口的射頻一致性指標大概為±2dBm，這是由于射頻電路中，放大器、射頻開關、匹配電路都有器件一致性的指標差異，而且射頻電路的指標差異遠大于低頻和數字電路。這就導致設計多級多路射頻電路時，每臺設備與每個端口之間都存在射頻一致性的風險。

當射頻電路的射頻一致性特別差時，會導致客戶設計網絡時難度加大，因為射頻信號強度會影響覆蓋范圍、網絡容量、服務質量等無線網關鍵指標，甚至導致設備內部的射頻電路損壞，所以多級多路射頻電路一致性必須要控制好，wifi產品通常建議在±3dBm之內。

3? 射頻一致性的控制方法

產品的射頻一致性控制包括3個部分：設計控制;開發和生產過程中的測試控制;物料控制。

3.1 設計控制

控制射頻板的布線，嚴格按照通用的射頻板布線原則，對比基礎射頻電路，要更加小心，常見的設計原則包括：

（1）數字與模擬信號強是否跨區域布線，當出現跨區域布線時，一定要采取射頻信號線與地之間的距離，多步一些地平面。

（2）發射部分與接收部分需要隔離開。

（3）高功率區需要有一塊整地。

（4）射頻走線的轉角半徑需要足夠大。

（5）每一級設計都要做好匹配。

射頻信號的設計已經有很多設計原則，并非本文討論的重點，不再過多論述。

3.2 開發和生產過程中的測試控制

開發和生產過程中都會對設備的射頻指標進行測試，測試方法和工具是有很大差異的，為了保證生產過程中的測試結果與開發過程中的測試結果一致，需要控制幾個方面的測試結果。

3.2.1 溫漂的影響

開發過程中的測試通常時間較長，所以芯片和設備已經充分加熱，這時的測試結果為產品芯片加熱后的結果。在不同溫度變化下，基站輸出功率的變化與極端環境的溫度變化相關聯，所以測試結果會有差異[2]。

生產過程中的測試為了壓縮生產成本，通常測試時間較短，所以芯片和設備沒有充分加熱，這時的測試結果與開發過程中會有差異，導致誤判。

為了保證測試結果一致性，在生產過程中的射頻指標測試也要保證加熱2min后再進行測試，再開發過程中則要保證散熱模塊齊全，確保不會因為測試出熱超標的結果，導致影響一致性判斷。

3.2.2 接觸的影響

開發過程中使用的測試接頭與生產過程中的測試接頭是不一樣的，開發過程中會將使用標準接頭測試，需要把接頭旋轉到底保證接觸效果，而生產過程中為了壓縮生產成本，往往采用即插即用的模塊，這就導致了可能出現接觸不良的問題。

產品需要設計檢測接觸的電路，并用指示燈指示，在生產過程中，測試人員要通過指示燈確保正常接觸后，才開始測試，確保一致性。

3.2.3 測試設備的影響

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

3.3 物料控制

物料控制是射頻一致性控制的重點，由于主要的射頻芯片，比如射頻芯片、PA、LNA、開關基本都不會混用物料，所以這些物料出現一致性問題的可能性較小。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，可能導致開發過程中發現不了一致性問題，到了生產過程中才會發現嚴重的一致性問題。