I. 前言
這是一篇針對性很強的技術文章。在這篇文章中,我只是分析研究了Wi-Fi產品的一般射頻電路設計,而且主要分析的是Atheros 和Ralink的解決方案,對于其他廠商的解決方案并沒有進行研究。
這是一篇針對性很不強的技術文章。在這篇文章中,我研究,討論了Wi-Fi產品中的射頻電路設計,包括各個組成部分,如無線收發器,功率放大器,低噪聲放大器,如果把這里的某一部分深入展開討論,都可以寫成一本很厚的書。
這篇文章具有一般性。雖然說這篇文章主要分析了Atheros和Ralink的方案,但是這兩家廠商的解決方案很具有代表性,而且具有很高的市場占有率,因此,大部分Wi-Fi 產品也必然是具有一致或者類似的架構。經常瀏覽相關網站的人一定知道,在中國市場熱賣的無線路由器,無線AP很多都是這兩家的解決方案。
這篇文章具有一定的實用性。這篇文章的編寫是基于我們公司的二十余種參考設計電路,充分吸收了參考設計的精華,并提取其一般性,同時,本文也重在分析實際的電路結構和選擇器件時應該注意的問題,并沒有進行深入的理論研究,所以,本文具有一定的實用性。
這篇文章是我在自己的業余時間編寫的(也可以說我用這種方式消磨時間),如果這篇文章能夠為大家的工作帶來一點幫助,那將是我最高興的事。
由于時間有限,編寫者水平更加有限,錯誤之處在所難免,歡迎大家批評指正。
第1章. 射頻設計框圖
做技術的,講解某個設計的原理時,都會從講解框圖開始,本人也不例外,先給大家展示一下Wi-Fi產品的一般射頻設計框圖。
圖1-1 Wi-Fi產品的一般射頻設計框圖
如圖1-1所示,一般Wi-Fi產品的射頻部分由五大部分組成(這是我個人的見解,不同的工程師可能會有不同的想法),藍色的虛線框內統一看成是功率放大器部分。無線收發器(Radio Transceiver)一般是一個設計的核心器件之一,除了與射頻電路的關系比較密切以外,一般還會與CPU有關,在這里,我們只關注其與射頻電路相關的一些內容。發送信號時,收發器本身會直接輸出小功率的微弱的射頻信號,送至功率放大器(Power Amplifier,PA)進行功率放大,然后通過收發切換器(Transmit/Receive Switch)經由天線(Antenna)輻射至空間。接收信號時,天線會感應到空間中的電磁信號,通過切換器之后送至低噪聲放大器(Low Noise Amplifier,LNA)進行放大,這樣,放大后的信號就可以直接送給收發器進行處理,進行解調。
在后續的講解中,我會將圖1-1中的各個部分逐個展開,將每一個都暴露在大家眼前,也會詳細講解每一部分的設計,相信大家在認真仔細的閱讀這篇文檔之后,就可以對射頻的各個組成部分有一個比較清晰的認識。
第2章. 無線收發器
我把無線收發器(在本章的以下內容中簡稱收發器)放在了第一個模塊,主要原因就是因為,它一般會是一個設計的核心器件之一,有的時候還可能集成在CPU上,就會是一個設計中的最重要的芯片,同時,理所當然,收發器的重要性決定了它的外圍電路必然很復雜,實際上也是如此。而且,如果沒有參考設計,完全由我們自主設計的時候,這顆芯片也是我們應該放在第一優先的位置去考慮,這顆芯片從根本上決定著整個設計的無線性能。這樣,這一部分的設計講解起來會比較困難,可是還是想最先講解這里。
收發器通常會有很多的管腳,在如圖2-1中,我只給出了射頻電路設計時會關注的管腳,可以看到,有幾個電源管腳,數字地,模擬地,射頻輸出,功率放大器增益控制,功率檢測,溫度檢測,射頻輸入,低噪聲放大器增益控制,發射、接收切換等管腳,在接下來的內容中,我會把這些管腳分模塊逐個講解。
圖2-1 一般的無線收發芯片(射頻電路設計相關)
2.1. 無線收發器芯片的技術參數
不同的設計,收發器一般會很不一樣,我們大多數時候都不會想著去更換它。一般我們選用收發器,會直接按照參考設計進行,盡管如此,我還是像從一個研發人的角度出發,說一說,在選擇無線收發器時應該關注的一些參數(射頻電路相關的參數)。
2.1.1. 協議,頻率,通路與傳輸速率
在收發器的Datasheet中,一般會在開始的幾段話中就指出該芯片支持哪些協議,工作在什么頻率上,幾條通路(也就是幾發幾收),我們公司目前的主打產品設計都是支持802.11n的。這三項參數的重要性想必不用我說,大家也應該體會得到,它們參數決定著最終的產品的功能。