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;
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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