多级多路射频电路如何保证生产一致性的研究

张凯

摘   要：本文根据无线通信领域中常用的射频电路的特點，描述了多级多路射频电路的使用场景，并且介绍了当电路出现一致性较差问题导致的客户端出现的不良影响，并在此基础上讨论如何在物料选型、电路设计、测试和生产过程中进行控制，提供了多种控制手段，期望最终在不增加大量成本的情况下，提高多级多路射频电路的生产一致性，并确保产品开发的进度，可以导入消费级或者企业级产品的开发过程。

关键词：多级多路   射频电路   生产一致性

中图分类号：TN97                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）07（a）-0145-03

随着无线通信的发展，智能手机、5G基站、wifi基站，蓝牙终端为代表的无线设备越来越多[1]，而无线设备中，肯定会有射频电路设计，为了满足多种多样的无线设备设计要求，射频电路的设计要求也越来越高，本研究的目的是为了研究多级多路射频电路的生产一致性。

1  多级多路射频电路介绍

1.1 射频电路

射频指的是频率高于100kHz的电磁波，具备远距离传输能力。射频电路就是传输射频电磁波的电路，由信号接发器、有源和无源电路、放大器等元件组成。

1.2 多级多路射频电路

最基础的射频放大电路包括发射放大器，接收放大器、射频开关，大致如图1所示。

如果具备多个发射放大器、接收放大器、射频开关的电路，并形成串行关系的，称为多级射频电路。

如果具备多个发射放大器、接收放大器、射频开关的电路，并通过功率分配器电路形成一分多的电路，称为多路射频电路。

本文讨论的多级多路射频电路，常见的电路框路，如图2所示。

多级多路射频电路可以将同一个射频信号放大到多个天线发射，扩大覆盖范围，在无线通信中应用广泛。

2  多级多路射频电路一致性问题

射频电路基本都有一致性指标，比如wifi产品，单个端口的射频一致性指标大概为±2dBm，这是由于射频电路中，放大器、射频开关、匹配电路都有器件一致性的指标差异，而且射频电路的指标差异远大于低频和数字电路。这就导致设计多级多路射频电路时，每台设备与每个端口之间都存在射频一致性的风险。

当射频电路的射频一致性特别差时，会导致客户设计网络时难度加大，因为射频信号强度会影响覆盖范围、网络容量、服务质量等无线网关键指标，甚至导致设备内部的射频电路损坏，所以多级多路射频电路一致性必须要控制好，wifi产品通常建议在±3dBm之内。

3  射频一致性的控制方法

产品的射频一致性控制包括3个部分：设计控制;开发和生产过程中的测试控制;物料控制。

3.1 设计控制

控制射频板的布线，严格按照通用的射频板布线原则，对比基础射频电路，要更加小心，常见的设计原则包括：

（1）数字与模拟信号强是否跨区域布线，当出现跨区域布线时，一定要采取射频信号线与地之间的距离，多步一些地平面。

（2）发射部分与接收部分需要隔离开。

（3）高功率区需要有一块整地。

（4）射频走线的转角半径需要足够大。

（5）每一级设计都要做好匹配。

射频信号的设计已经有很多设计原则，并非本文讨论的重点，不再过多论述。

3.2 开发和生产过程中的测试控制

开发和生产过程中都会对设备的射频指标进行测试，测试方法和工具是有很大差异的，为了保证生产过程中的测试结果与开发过程中的测试结果一致，需要控制几个方面的测试结果。

3.2.1 温漂的影响

开发过程中的测试通常时间较长，所以芯片和设备已经充分加热，这时的测试结果为产品芯片加热后的结果。在不同温度变化下，基站输出功率的变化与极端环境的温度变化相关联，所以测试结果会有差异[2]。

生产过程中的测试为了压缩生产成本，通常测试时间较短，所以芯片和设备没有充分加热，这时的测试结果与开发过程中会有差异，导致误判。

为了保证测试结果一致性，在生产过程中的射频指标测试也要保证加热2min后再进行测试，再开发过程中则要保证散热模块齐全，确保不会因为测试出热超标的结果，导致影响一致性判断。

3.2.2 接触的影响

开发过程中使用的测试接头与生产过程中的测试接头是不一样的，开发过程中会将使用标准接头测试，需要把接头旋转到底保证接触效果，而生产过程中为了压缩生产成本，往往采用即插即用的模块，这就导致了可能出现接触不良的问题。

产品需要设计检测接触的电路，并用指示灯指示，在生产过程中，测试人员要通过指示灯确保正常接触后，才开始测试，确保一致性。

3.2.3 测试设备的影响

射频测试对测试设备的测量精度、噪声系数、不确定度的要求很高[3]，所以必须要确保每一次的测试设备都有校准，测试设备包括测试仪表、测试馈线、测试工装等。

3.3 物料控制

物料控制是射频一致性控制的重点，由于主要的射频芯片，比如射频芯片、PA、LNA、开关基本都不会混用物料，所以这些物料出现一致性问题的可能性较小。反而是射频链路上的电容、电感、PCB是最容易被忽略的物料，而且这些物料被忽略后，可能导致开发过程中发现不了一致性问题，到了生产过程中才会发现严重的一致性问题。