先给大家展示一下 Wi-Fi 产品的一样平常射频设计框图
如上图所示,一样平常Wi-Fi 产品的射频部分由五大部分组成(个人的见地),蓝色的虚线框内统一算作是功率放大器部分。无线收发器(Radio Transceiver)一样平常是一个设计的核心器件之一,除了与射频电路的关系比较密切以外,一样平常还会与 CPU 有关。
发送旗子暗记时,收发器本身会直接输出小功率的微弱的射频旗子暗记,送至功率放大器(Power Amplifier,PA)进行功率放大,然后通过收发切换器(Transmit/Receive Switch)经由天线(Antenna)辐射至空间。吸收旗子暗记时,天线会感应到空间中的电磁旗子暗记,通过切换器之后送至低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)进行放大,这样,放大后的旗子暗记就可以直接送给收发器进行处理,进行解调。

2、无线收发器:
把无线收发器(在本章的以下内容中简称收发器)放在了第一个模块,紧张缘故原由便是由于,它一样平常会是一个设计的核心器件之一,有的时候还可能集成在 CPU 上,就会是一个设计中的最主要的芯片,同时,收发器的主要性决定了它的外围电路一定很繁芜,实际上也是如此。而且,如果没有参考设计,完备由我们自主设计的时候,这颗芯片也是我们该当放在第一优先的位置去考虑,这颗芯片从根本上决定着全体设计的无线性能。
收发器常日会有很多的管脚,在如下图中,只给出了射频电路设计时会关注的管脚,可以看到,有几个电源管脚,数字地,仿照地,射频输出,功率放大器增益掌握,功率检测,温度检测,射频输入,低噪声放大器增益掌握,发射、吸收切换等管脚。
1 )协议,频率,通路与传输速率:
在收发器的 Datasheet 中,一样平常会在开始的几段话中就指出该芯片支持哪些协议,事情在什么频率上,几条通路(也便是几发几收)。
一段范例的描述如:The Atheros AR9220 is a highly integrated single-chip solution for 2.4GHz and 5GHz 802.11n-ready wireless local area network (WLANs) that enables high-performance 2×2 MIMO configurations for wireless stations applications demanding robust link quality and maximum throughput
and range. 从这段描述中,我们可以知道,AR9220支持802.11n 草案(一样平常来说都会兼容 802.11b/g)。同时,AR9220也支持双频,2.4GHz 和 5GHz,这样,我们就可以得知,它也支持802.11a。2×2 MIMO解释AR9220 是二发二收(2T2R)。
从 AR9220 的 Datasheet 中我们可以得知,20MHz 带宽,最高传输速率可以达到 130Mbps,40MHz 带宽时,最高的传输速率可以达到 300Mbps。
2 )调制办法:
调制办法和传输速率是密切干系的,不同的传输速率对应着不通的调制办法。芯片支持的调制办法一样平常会在Datasheet 的特性描述中给出。例如AR9220 支持的调制办法有 BPSK,QPSK,16QAM,64QAM,DBPSK,DQPSK,CCK。
3) 时钟频率:
时钟频率,时钟频率包括两种,收发器外接晶振的频率和内部倍频后的事情频率。
4 )输出功率:
有一个征象,为什么在收发器的 Datasheet 中不给出其发射功率?这项参数对付我们 RF工程师是很主要的,由于这项参数决定着后续功率放大电路的设计,我们要担保收发器的输出功率足以驱动功率放大器,这样,我们才能够设计合理有效的放大器。
5 )吸收灵敏度:
和输出功率一样,收发器吸收灵敏度这项参数也不会在 Datasheet 中给出,在实际的设计过程中,有了这项参数,才能合理地设计低噪声放大器的放大倍数,才能担保低噪声放大器的输出可以被收发器有效的接管。
6 )射频接口:
这项参数关系着我们后续的射频电路的构造。一样平常来说,收发器该当具有的射频输入管脚包括:射频输出管脚,功率放大器增益掌握管脚,功率放大器输出功率检测输入管脚,低噪声放大器增益掌握管脚,切换器收发掌握管脚,一样平常 Ralink 的方案还会有 PA 温度检测管脚。
7 )供电电压与功耗:
从全局的角度看,供电电压与功耗同样会是我们不得不关注的技能参数,这两项参数关系着电源电路的设计和散热的设计。
2.2. 差分射频旗子暗记的处理
1)收发器本身具有的管脚:
对付射频旗子暗记,为了增强收发器的抗滋扰能力,一样平常会采取差分旗子暗记的处理办法,也便是说,收发器会以差分形式将旗子暗记发送出去,同时外部电路也必须为收发器供应差分射频旗子暗记的输入。如下图所示,赤色方框内的四只管脚便是这个收发器的差分射频旗子暗记的输入,输出管脚,也是最主要的射频旗子暗记管脚。
Atheros 的收发器一样平常会同时对输入与输出做差分处理。但是 Ralink 一样平常哀求外部输入的旗子暗记是差分的,而自身输出的射频旗子暗记则不是差分的。下面两图分别给出了 RT3052(Ralink)和AR9220(Atheros)的紧张射频旗子暗记管脚。不难创造,Atheros 的设计比较 Ralink 要更加细腻,不但是收发器芯片,在后续电路的设计中,也会创造,Atheros 考虑的问题很全面。
2)收发器发送的差分旗子暗记
收发器发送的差分旗子暗记,我们要想办法把他们合二为一。为什么要这样做,收发器送出的旗子暗记是要给功率放大电路的,功率放大电路处理的是单端旗子暗记。
平衡器常日用来处理差分旗子暗记的问题,除此之外,电感和电容都能够改变旗子暗记的相位,从差分旗子暗记到单端旗子暗记,基本的方法便是用电感和电容组成两条不同的通路,这样,经由处理电路的两路旗子暗记就在相位上相差了 180°,从而可以使原来相位相差 180°的差分旗子暗记同相,得到单端旗子暗记。相反,使单端旗子暗记通过两条不同的通路,就得到了差分旗子暗记。
下面来分别看一下这两种方法的电路形式。
方法一,利用平衡器。原来相位相差 180°的差分旗子暗记经由平衡器(Balun,俗称巴伦),就可以得到合二为一的单端射频旗子暗记。如下图所示,图中的 F1 便是一个平衡器,差分旗子暗记 RFOUT_P 和 RFOUT_N 经由F1 得到单端旗子暗记 RF_OUT。
方法二,利用分立元件。范例的利用分立元件的处理电路如下图所示。
3)平衡器的参数与选择
在 Atheros 的方案中,平衡器每每利用的很多,我在这里给出平衡器的紧张参数和简要的选型指南。如前所述,在我们的 Wi-Fi 产品中,平衡器常用于处理差分旗子暗记,其紧张的参数如下:
不平衡阻抗
平衡阻抗
事情频率
不平衡端口回波损耗
相位变革
插入损耗
例如,常用的平衡器 HHM1711D1 范例参数如图 2-7 所示。这样我们在设计是就可以根据我们的需求选择得当的平衡器。
4)收发器吸收的旗子暗记来自于前真个低噪声放大器,和功率放大器一样,低噪声放大器处理的也是单端射频旗子暗记,这样,我们必须将低噪声放大器输出的旗子暗记进行转换。同样,对付低噪声放大器的输出旗子暗记同样有两种处理办法:利用平衡器和利用分立元件。Atheros 的方案中,有些利用平衡器;Ralink 的方案中,至今还没有利用过。
实在大家也一定想到了,收发器吸收旗子暗记和收发器发送旗子暗记差不多便是互为逆过程,因此电路的构造也差不多是相反的。没错,看了下面的实际电路图就知道了。先来先容利用平衡器的方案。在某实际案例中,采取了如下图所示的平衡器电路。单端旗子暗记 RF_IN 经由平衡器 F5 后得到差分的射频旗子暗记 RFIN_P 和 RFIN_N。
再来看看采取分立元件实现的方法,下图是 Ralink 惯用的办法,下图2是 Atheros 常用的处理办法。可以看出,这两种设计方法大同小异。
3. 收发器的电源管脚
收发器一样平常会有很多个电源管脚,可以大概分为几类,一样平常会具有主电源管脚,核电压电源管脚,IO 电源管脚,锁相环(Phase Lock Loop,PLL)电源管脚等。
对付收发器的电源管脚,常日的处理方法便是在每个电源的管脚处都放置一个 0.1uF 的电容,耗电比较大的管脚旁,须要放置更大容量的电容,1-10uF 或者更大。一样平常来说,收发器的仿照电源供电和数字电源供电要用电感或者磁珠隔开,并且一定要在电感或磁珠后放置容量比较大的电容,如果条件许可的话,最好放置电解电容,会对电源的性能起到很大的提升浸染,同时并联几个容量比较小的瓷片电容,就可以滤除不同频率的互换身分。