射频调试规范及各模块调试方法

RF/无线

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描述

射频电路的调试工作量非常大,几乎所有电路都需要调试,为了满足整机指标要求,减少盲目性,确保电路的一致性,提高产品的可生产性,需要对调试环境、调试方法、调试要求进行规范,所有项目,所有作业人员,应该按本规范灵活处理。

本规范既有约束性,规范部门作业,又有指导性,供新手学习。有些是必须的,如仪器使用安全、防护、数据记录;有些是建议性的,如调试方法、步骤、目标。(结尾有射频培训课程)

1.调试过程

仪器设置

射频信号源:Keysight输出功率<13dBm,R&S输出功率<18dBm,若超出,输出功率可能小于显示值,需核实;

频谱分析仪:屏幕显示的有效动态范围,FSV约70dB,FSW约80dB;仪器的线性输入功率<-3dBm,超出会恶化待测IM3(ACLR)、谐波,应选择合适的内部/外部衰减值;

矢量网络分析仪:仪器的IF带宽决定噪声,测无源器件的带外抑制,应适当降低IF带宽;调测任何电路,必须保证输出功率

工具准备

恒温烙铁:夏天,温度340℃;冬天,温度345℃;

热风枪:吹芯片,温度340~345℃ ;

线缆标校

柔性同轴电缆最容易损坏的部位:与连接器相连处,使用前先标校;

半柔同轴电缆最容易损坏的部位:外导体有裂痕,使用前先标校;

2.测试点

调测必然涉及到测试点的选取,信号的馈入,以下给出指导性建议。

电源

从限流电阻采样,计算V/R得到电流值;

电压测试点靠近电源输入端、输出端;

射频(<3GHz)

将射频电路输入级隔直电容之前某器件断开,开口电缆接入激励仪器;

将射频电路输出级隔直电容之后某器件断开,开口电缆接到测量仪器;

电缆开口长度:<最短波长的1/100;

射频(>3GHz)

若条件允许:

将整块PCB图以模块(LNA、Mixer、PA)为单位分割成若干小PCB图,输入/输出以微带SMA形式引出,PCB介质、厚度与大PCB一致;

先分别调试小PCB匹配,再用同样匹配方法调试整块PCB;

若条件不允许:

使用耦合探头,在线调测;

5GHz完全用分布参数;

3.调试开始

电源部分

大功率负载电阻做可调负载,如:10Ω,3.3Ω,1Ω;

DC-DC/LDO:负载电流50mA,调反馈电阻,将输出电压调到额定值;

电源电压最小值:DC-DC输出电压;(负载调制效应)

电源电压最大值:DC-DC输出电压;

电源电压额定:DC-DC负载最重,输出电压;(电压调制效应)

电源电压额定:DC-DC负载最轻,输出电压;

滤波器部分

二端口矢量网络仪,测S11/S22(互易)、S21,扫描功率不限;

用微扰法(借助磁棒、铜/铝片),调电感、电容,改变零极点;

若微扰变优,则器件值需要调整;

循环3次,完成调试;

LNA部分

先测电源工作电压和工作电流,符合标称值,方可进入下一步;

二端口矢量网络仪,测S11、S22、S21/S12,扫描功率=-20dBm;

调试过程中若发现S11/S22>0,说明自激,先消除自激后,再往下进行;

用微扰法(借助磁棒,铜/铝片),调电感、电容,观察S11、S22曲线;

若微扰变优,则器件值需要调整;

S11→S22→S21/S12,循环3次,若符合标称值,调试完成;

Mixer部分

参见培训PPT《混频器调试方法》;

两台仪器:射频信号源,二端口矢量网络仪,频谱分析仪;

射频信号源输出功率=LO标称功率,矢量网络仪扫描功率=-20dBm;

先测电源工作电压,工作电流,符合标称值,方可进入下一步;

RF/IF先端接50Ω。

用微扰法,匹配LO端,观察S11曲线;

用微扰法,匹配RF端,观察S11曲线;

用微扰法,匹配IF端,观察S11曲线;

循环3次,然后测出变频损耗。若符合标称值,调试完成;

DDS部分

先测电源工作电压和工作电流,符合标称值,方可进入下一步;

输入时钟非常重要,幅度、谐波、杂散、相位噪声直接影响输出相位噪声指标;

调时钟输入端匹配,影响时钟幅度;

调DDS输出端匹配,影响DDS输出谐波杂散;

PLL+VCO部分

先测电源工作电压和工作电流,符合标称值,方可进入下一步;

VCO输出幅度是否符合标称值,电源是否干净影响VCO输出杂散;

REF CLK非常重要,幅度、谐波、杂散、相位噪声直接影响输出相位噪声指标;

调RF输入端匹配,可能影响pulling frequency及换频时间;

为降低pulling frequency ,VCO输出端与LO之间要有足够隔离;

低通环路相位余量在换频时间与相位噪声之间平衡;

检波部分

先测电源工作电压和工作电流,符合标称值,方可进入下一步;

调输入端匹配,观察S11曲线,扫描功率=-20dBm;

射频信号源施加激励,检波电压值=检波曲线标称值±3dB*检波斜率;

信号源AM调制,调制频率=符号率,调制度80%,用示波器观察RC低通滤波后波形,(峰值-估值)/检波斜率<3dB,检波输出时延<1符号周期;

AMP部分

先测电源工作电压和工作电流,符合标称值,方可进入下一步;

当AMP饱和输出功率>35dBm,若自激,输入端功率可能会大于25dBm。用频谱分析仪(级联衰减器)观察AMP是否自激,必须稳定,方可进入下一步;

AMP输出端接合适衰减器后,连到矢量网络分析仪Port2,调输入端匹配,观察S11,扫描功率=满功率激励 - 0~3dB;

观察S21,调S22。只有确保不会自激(绝对稳定),AMP输出端才能直接连到Port2,(因AMP工作在大信号,直接测S22不准确);

S21符合标称值,则可认为S22良好;

S11、S21符合要求,初步调试完成;

以矢量信号为AMP激励,测ACPR及EVM,用功率计测输出端VSWR;

天线部分

最基本的指标就是S11;

近场范围内净空,接地板大小符合设备安装实情,地板与大地之间耦合电容100pF;

调测S11;

双天线收发闭环,测EVM;

控制部分

示波器的模拟带宽>脉宽倒数(时钟频率)的5倍(否则显示的脉冲变形,上升/下降沿变缓);

测逻辑是否争正确,电平是否符合标准,上升、下降时间是有符合要求

改变端接电阻值,使过冲幅度符合要求;

检查是否存在串扰;

4.调试目标

射频电路调试以什么为标准?调到什么程度算OK?

电台千差万别,本身没有国际标准,仅给出指导性建议,灵活对待,在此基础上,力求更优。以下是初样调试目标,正样加严。

电源部分

低压DC-DC、LDO电压(<6V):标称值±0.1V;

中压DC-DC、LDO(6~15V):标称值±0.2V;

高压DC-DC、LDO(>15V):标称值±5%;

电流:标称值± 10%;

无源部分(滤波器)

S11、S22:<-12dB@fH/fL<0.5, <-10dB@fH/fL<2, <-8dB@fH/fL>5 ;

S21:全频段标称值±10%(dB),信号带内S21波动IF滤波器 <±0.5dB ,RF滤波器 <±0.2dB ;

信号带内群时延波动IF滤波器<1/10符号周期,RF滤波器<1/20符号周期;

有源部分(LNA,Mixer)

S11、S22:<-12dB@fH/fL<0.5, <-10dB@fH/fL<2, <-8dB@fH/fL>5;

S21:全频段标称值±1.5dB@G<30dB,±2.5dB@G>30dB,信号带内S21波动IF LNA<±0.5dB,RF LNA <±0.2dB ;

电压:额定值下限~额定值之间;

电流:标称值+10%,-20%;

频率源部分

输出功率:标称值±1.5dB;

相位噪声:<标称值+5dB;

杂散:<标称值+5dB;

换频时间:加载<5us,全频段换频锁定<60us,换频跨度超过全频段1/3,需步进换频,每次跨度不大于1/3;

电压:额定值下限~额定值之间;

电流:标称值+10%,-20%;

功放部分

S11、S22:<-12dB@fH/fL<0.5, <-10dB@fH/fL<2, <-8dB@fH/fL>5 ;

S21:标称值±1dB@G<15dB, ±2dB@G>15dB,信号带内S21波动<±0.5dB ;

电压:额定值;

电流:标称值±10%;

逻辑部分

高电平>高电平逻辑的最小值+0.2V;

低电平<低电平逻辑的最大值-0.1V;

毛刺、串扰<0.4V;

过冲<0.5V;

上升、下降沿:优于建立、保持时间要求;

负载能力:优于要求;

接收机部分

全链路增益偏差:理论值±4dB;

全链路增益一致性:平均值±2dB;

信号带内增益波动: ±1dB@B<5MHz, ±1.5dB@B>5MHz ;

群时延波动:<1/5符号周期;

EVM(小信号):<3%@B<5MHz,<5%@B>5MHz;

发射机部分

全链路增益偏差:理论值±3dB;

全链路增益一致性:平均值±2dB;

信号带内增益波动: ±1dB@B<5MHz, ±1.5dB@B>5MHz ;

群时延波动:<1/5符号周期;

EVM(满功率):<5%@B<5MHz,<7%@B>5MHz;

ACPR:<-35dBc@1ch;

器件一致性

先调5块PCBA,将器件(R、L、C)值(同一器件的5个值)求平均,以平均值再调5块PCBA;

若指标OK,则平均值OK。否则更改匹配方法(低Q值匹配支节)再试;

图、BOM

更新原理图和BOM,修改为OK的器件值;

以编号区分,为每块PCBA建一个档案,以备后续查阅和追溯。

测试曲线

每个板号对应一张记录表,每个板号的记录表顺序相同;

大致描绘矢量网络分析仪的S11、S22、S21曲线,标识关键频点、拐点;

示波器测得的波形,时间量、幅度量;

器件值

每个板号对应一张记录表,每个板号的记录表顺序相同;

每次更换器件值、型号(厂家)、版本、器件编码等,必须做好记录,便于查阅和统计。

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