请教大神们一个射频项目遇到的现象

yofa2008

在调试5.8G射频电路的过程 中；遇到 一个很极奇相当 奇葩的现象；

在switch输入端测量到几乎正常的功率值；但在其后端耦合电容后测量到的功率值损耗达5dBm左右；这个完全不能接受；
PCB如图，
请教大神们这是否跟PCB设计有关？？主要是5.8G；求指点迷津

上图：

criterion

你的现象   大概是这样吧






凶手就锁定SPDT跟那个Dummy的落地电容  其他先不用管
六个排查步骤如下 :


1. 讯号频率一样5.8 GHz   但是调变改成802.11n  然后SPDT的输入功率
   改成0 dBm  看是否Loss还会这么大?

2. 在RF2那边  用频谱分析仪量一下  看有无5.8 GHz的讯号?

3. 把V1跟V2跟PCB断开  
    额外独立用电源供应器外灌电源  V1灌4V  V2不用灌



4. 把SPDT拔掉  ，用一条线短接，测量看看是否Loss还会这么大?

5.既然SPDT拔掉了  在Dummy的落地电容输入端   用讯号产生器灌一个5.8
  GHz的讯号   然后用频谱分析仪   在Dummy的落地电容输出端  量讯号的大小




6. 微调你SPDT输出端的匹配



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第一点是怀疑你SPDT的线性度  
是没错  你这颗SPDT   其P1dB至少也有到36 dBm



理论上是不会饱和(你输入功率不可能打这么大吧)



但重点来了  
你这颗SPDT  频率是有支持到5.8 GHz没错
但调变方面  最高只支持到802.11n  不支持802.11ac



调变越高  对线性度的要求也越高  
换言之  
802.11n讯号灌进去不会饱和   不代表802.11ac讯号灌进去不会饱和
那如果你5.8 GHz的802.11ac讯号把SPDT灌到饱和
Loss当然会变大  SPDT也是要考虑线性度的





所以第一点才要你调变改成802.11n  然后SPDT的输入功率改成0 dBm
Datasheet在测Insertion Loss时   其Pin也是打0 dBm



所以SPDT的输入功率改成0 dBm 同时也是为了确保测试条件跟Datasheet一致
这条件已经确保此时SPDT  绝对是在线性区  
理论上此时SPDT的Loss   应该只能1.3 dB ~ 1.5 dB左右
若这样现象还是依旧
但表示跟SPDT的线性度无关






第二点是怀疑你SPDT的隔离度




因为Datasheet只标明RFC to RF1 or RF2的隔离度
没标注RF1 to RF2的隔离度
如果RF1 to RF2隔离度不好  表示你灌进去RF1的TX讯号
一部分流到RFC  另一部分泄漏到RF2   那当然Loss变大




第三点是同时怀疑你这颗SPDT的电压跟Control Logic
有时为了节省电流  其控制电压会给很低   只比下限多一点点
例如1.85 V之类的




但电压低    一些特性会劣化   最典型就线性度P1dB




而前面说过   线性度变差  若处于饱和状态  Loss当然变大


除此之外  即便在线性区  其Insertion Loss也可能变大
仔细看  人家Datasheet在测Insertion Loss时  其控制电压是3V




虽然Datasheet是说  控制电压1.8V ~5V  其Insertion Loss都一致



但讲是这样讲   实际上你也不知道
所以才要你额外独立用电源供应器外灌电源  V1灌4V
你就算有IR Drop  原则上供给SPDT的V1电压  也一定大于3V
这样就可先厘清Loss变大的元凶   是否来自过低的控制电压


再来是Control Logic
这倒不是怀疑切错  而是怀疑切不干净
因为如果切错  对TX讯号而言  那就是Open状态
原则上Loss绝对不只5 dB  肯定比5 dB大许多




但若是切不干净  Loss就有可能5 dB




因为如Data sheet所写  若是有切干净
Loss应该只能1.3 dB ~ 1.5 dB左右




当然你会说   如果切不干净    那就是会泄漏到RF2
这样的话  刚刚第二点所说
在RF2那边  用频谱分析仪量一下  看有无5.8 GHz的讯号
有讯号表示切不干净   所以有泄漏
没讯号表示有切干净   所以没泄漏
不就可以厘清了?

未必!!  仔细看Datasheet




如果RF1切不干净  那么泄漏的讯号
可能会流到GND  也可能会流到RF2   也可能两者都有  
这很难讲  牵扯到组件特性跟Layout
假设泄漏的讯号   通通流到GND  那你在RF2当然量不到讯号
也就是说  RF2量不到讯号  不代表有切干净  不代表没泄漏


所以刚刚第二点   是假设泄漏的讯号会流到RF2
而这边是假设泄漏的讯号会流到GND


因此才要你把V1跟V2跟PCB断开  
额外独立用电源供应器外灌电源  
然后遵循人家的Control Logic  V1给4V  V2不给电



因为搞不好你原本PCB上  V2是有电的
如此一来  V1有电  V2也有电  SPDT不知道怎么判断  就会切不干净
这样做的话  就可厘清Loss变大的元凶
是否来自控制电压过低  以及切不干净




第四点就如大侠所说
把switch 拿掉，用一条线短接，测量看看是SWITCH 的原因还是PCB的原因  
因为以上三点  你该怀疑的都怀疑了
如果现象依旧  那当然就是直接把SPDT拿掉   
这样最可以厘清SPDT是否为凶手
之所以不打算第一步就这样干   
是因为debug时  为了抢时间  简单的实验先作
一旦SPDT拿掉  你也不确定能否焊回去   就算焊回去  也不确定能否焊好  
如果焊不好  一些特性跑掉  你就很难厘清凶手是谁


只是在短接时   不要随便拿根线连过去
而是要用铜管




因为5.8 GHz频率很高  对阻抗很敏感
你随便拿根线连过去   没有确保50奥姆情况下
搞不好量出来Loss一样很大  所以要用铜管  确保50奥姆






第五点是怀疑Dummy的落地电容  是否为凶手




因为你没有网分   只好用这种方式来确认其Loss了
刚说过  依照Datasheet  SPDT的Loss   大概1.3 dB ~ 1.5 dB左右
而你量的时候   是有5 dB的Loss
换言之  若Dummy的落地电容是凶手
理论上这边会贡献大概3 dB的Loss
如果你灌一个5.8 GHz的讯号   然后频谱分析仪量出来证明有3 dB的Loss
那你改变讯号频率   例如灌一个2GHz的讯号  看是否还有3 dB的Loss





这牵扯到寄生效应  





上图可知  电感跟电容  会构成一个Notch Filter
而且由公式可知  如果共振频率很高频
表示只要小小的电感值   小小的电容值  就可以形成Notch Filter


所以仿真一下  0.4pF的电容  跟1.2nH的电感
虽然共振频率点在7262.6 MHz




但也足以让5800 MHz的讯号  有3 dB的Loss了


再来看你的Layout  你SPDT出来的Dummy落地电容
其GND Pad没有直接下Via连到Main GND





换言之  讯号不会马上顺着GND Pad流到Main GND
而是有可能会先在表层的GND走一段  再下去Main GND
因此示意图如下 :





因为5.8 GHz很高频  所以寄生效应会比较明显
你Dummy落地电容  会构成寄生电容
在表层GND多走的那一段  会构成寄生电感
合起来就变Notch Filter了  那当然会贡献Loss




或许你会说  SPDT输入端的Dummy落地组件  例如R112








同样也是Dummy落地组件  同样也是其GND Pad没有直接下Via连到Main GND
照理说应该也要构成Notch Filter
那为啥SPDT输入端  就没有这么大的Loss ?





SPDT输入端的Dummy落地组件  当然也会构成Notch Filter
只是不见得会砍到你5.8 GHz的讯号





R112的寄生电容值   原则上跟C252一样
但寄生电感值就不一定了
所以若寄生电容一样带0.4 pF  但寄生电感带0.1 nH




此时谐振频率都超过10 GHz了  对5.8 GHz的讯号  顶多贡献0.6 dB的Loss






所以我一开头才说  先怀疑SPDT跟那个Dummy的落地电容  
因为由以上分析可知  Dummy的C252  确实是有可能砍到5.8 GHz讯号


如果真是这因素造成的   
那你把Dummy的C252  放一颗2nH的电感
目的是把寄生电容给破坏掉  进而破坏Notch Filter的结构




由仿真可知  即便寄生电感不变  一样是1.2 nH
但你放了2nH的电感后  其Loss就降到只剩0.2 dB






第六点是微调你SPDT输出端的匹配




你SPDT输入端  只有匹配跟DC-Block
原则上若走线不要太长  阻抗控制有做好  就没啥大碍
但是SPDT输出端  
有Dummy的寄生电容 DC-Block Notch Filter 匹配电路
组件一多  阻抗就容易变动


当然  你可能会说  阻抗就算偏离50奥姆
也不至于有5 dB Loss吧
原则上是这样没错   但你要考虑到一点
SPDT的特性  包含Insertion Loss  包含隔离度  包含Return Loss(S11)
是会随着输入阻抗跟输出阻抗   而有所变化的
换言之  有可能输出端偏离50奥姆  
导致
SPDT的Insertion Loss变大
SPDT的隔离度变差  有泄漏  Loss变大
Return Loss变差  讯号反射量变大  Loss变大
再加上输出端偏离50奥姆  本身所产生的Mismatch Loss
这些林林总总加起来  搞不好就有5 dB

dumber

把switch 拿掉，用一条线短接，测量看看是SWITCH 的原因还是PCB得原因  

此方法一般我不告诉别人的  ， 不用谢

yofa2008

图中黄色箭头处为测量点；不知道射频部分布局是否对造成影响 ？

RFer450

mark一下，黄线中间是DUP吗？

laifu07106022

         来学习下。。

376460392

[em01]

yofa2008

RFer450 发表于 2016-7-12 07:46
mark一下，黄线中间是DUP吗？

如果你说的是DUPLEX的话，那就是的。
它是一个switch

jjyy2jjyy2

楼主把开关下面的地截个图看下。

ligong123456

学习下![em01]

oneperson

switch 出来有加落地电感么，好像一般的双工器什么的out端都会有个电感；另外switch输入端的匹配是怎样的？有调过吗？多加了器件阻抗变化会较大，你测试时候有enable switch吗？

yofa2008

jjyy2jjyy2 发表于 2016-7-12 10:31
楼主把开关下面的地截个图看下。

如图，124层的铺地情况；

yofa2008

oneperson 发表于 2016-7-12 12:35
switch 出来有加落地电感么，好像一般的双工器什么的out端都会有个电感；另外switch输入端的匹配是怎样的？ ...

谢谢你的回复；
switch后端有隔直电容，隔直电容后面有些滤波电路，目前所参考的一些Ref设计在switch后均没有加“落地电感”的情况；
前面的信号过来有bulun，已经调试出逼近正常值的功率及EVM，后面再经几个串联级联到switch前端；
总体认为信号质量下降比较快，到switch后就不能满足设计要求了。
TX链路如图,是否PCB相关设计缺陷存在？

sugar_liu

在switch输入端测量到几乎正常的功率值；但在其后端耦合电容后测量到的功率值损耗达5dBm左右；这个完全不能接受；
我的意见是，将Switch偏置用直流强行打到TX一路，然后用网分测试Switch插损（包含后端耦合电容）。
5.8GHz耦合电容一般用3.3pf，注意一下值。

Wendy99

感覺還是switch 前後匹配沒調好

luren89

有没有原理图啊

LPW1989

这个首先要看下开关是否支持到6G，然后注意一下通路上不能有串联的大电容或者电感。

yofa2008

Wendy99 发表于 2016-7-12 14:11
感覺還是switch 前後匹配沒調好

求教下，类似带bulun的这种结构的链路有什么好的调试方法吗？

感觉2.4G还好处理，5G的射频真的难搞；

yofa2008

LPW1989 发表于 2016-7-12 17:42
这个首先要看下开关是否支持到6G，然后注意一下通路上不能有串联的大电容或者电感。

确认支持；

yofa2008

luren89 发表于 2016-7-12 15:59
有没有原理图啊

见楼上

yofa2008

sugar_liu 发表于 2016-7-12 14:08
在switch输入端测量到几乎正常的功率值；但在其后端耦合电容后测量到的功率值损耗达5dBm左右；这个完全不能 ...

尝试过强制拉高，但依然不尽人意；
咨询过代理商那边，此switch在5G频段下最多也就1.5左右的损耗；
小公司做项目不容易，没有5G高大上的网分；

试问大侠，如果是switch前匹配有问题的话，有没有什么好的调试方法介绍一下；不胜感激
另，楼上有TX部分图纸可参考，其中绿框中的区域是否要严格按照交流等效阻抗50ohm来调试匹配？

LPW1989

yofa2008 发表于 2016-7-12 20:34
尝试过强制拉高，但依然不尽人意；
咨询过代理商那边，此switch在5G频段下最多也就1.5左右的损耗；
小 ...

把开关型号发过来下，我们可以在这里帮你确认下其性能。