Wi-Fi产品射频电路EVM降低原因及测试方法

制导频信号的数据之间存在固定的关系,因此其星座点看起来比数据星座点更清晰,并且提供一种定性评估I/Q失衡影响的简单方法。I/Q幅度失配使导频信号大都散布在I轴,而I/Q相位失配则使导频信号大都散布在Q轴 。

除了幅度与相位失衡之外,I与Q信号之间不同的群延迟会对调制精度带来不良影响。这种失衡通常与基带I与Q信号的PCB布局以及不同的印刷线路长度有关。星座图点将再次显示出失真,但群延迟差异的影响取决于频率,对每个OFDM副载波的影响也不同。

相位噪声

当信号与本振(LO)信号混合并从基带频率转换为RF频率时,相位噪声会进入到信号中。LO相位噪声分配反映了频率合成器使用的参考晶体振荡器的频率稳定性、合成器锁相环(PLL)使用的压控振荡器(VCO)的频率稳定性以及频率合成器使用的PLL的环路带宽。PLL对于晶体振荡器来说是低通滤波器,对于自激VCO来说是高通滤波器。根据PLL的环路带宽,理想的合成器输出相位噪声频谱密度由以下因素决定：低频偏移下较好的晶体振荡器长期稳定性;高频偏移下较好的VCO短期稳定性;带内PLL自身鉴相器与分频器所产生的带内噪声为基底。

相位噪声影响调制精度,与其它减损一样,也会影响到EVM。在本例中,最终的EVM约为-25dB。数据速率较低时,符号时间内的积分消除了短期频率不稳定性的最坏影响,剩下的只有晶体振荡器的长期稳定性的影响。对于802.11a/g在最高数据速率下使用的OFDM信号,通过在接收机上使用导频信号来跟踪信号的相位变化,可以减轻相位噪声的影响。只要相位变化相对于符号速率来说比较慢,就可以对信号的相位变化进行跟踪与补偿。 

应该去除过多的相位噪声,因为过多的相位噪声可能是出现各种问题的征兆,比如晶体振荡器的噪声、电源噪声产生的寄生信号或者电路板屏蔽不充分、送入频率合成器或混频器中的参考晶体振荡器信号电平不正确或者其它设计或生产问题。将过多的相位噪声确定为不良EVM成因的最佳途径就是检查相位噪声的能谱密度(PSD)。某些具有VSA能力的单机测试器,如LitePoint的IQview可以对WLAN调制信号进行相位噪声分析。

寄生信号与瞬态效应

在802.11a/b/g设计适合于大量生产之前,实现过程不允许存在会对发射机性能产生不良影响的寄生信号与瞬态效应。如前所述,参考晶体振荡器与频率合成器VCO对电源噪声、DC-DC转换器开关噪声或未屏蔽信号特别敏感。这种寄生信号与晶体振荡器或VCO之间的耦合会引入相位噪声,从而降低发射信号的质量。

要隔离或确定会降低发射机性能的瞬态效应是非常困难的。比如,RF功率放大器在有WLAN脉冲通信时打开,而没有通信时关闭以最大限度降低功耗。当功率放大器在脉冲来临之前启动时,功率放大器将产生较大的电流并可能导致电源产生电压降或引起接地电流。除非电路板的其它部分完全消除这些影响,否则它们会影响晶体振荡器或频率合成器,引入瞬态频率误差与相位噪声而瞬时降低发射信号的质量。功率放大器通电所产生的这种频率推移以及振荡器对电源电压的敏感性会因其持续时间的长短而带来不同的影响。

802.11b/g标准需要首先发射短或长同步码(preamble),短同步码的持续时间为72ms,长同步码的持续时间为144ms。与此相对,802.11a/g标准需要先发射10个重复的总计8ms 的短训练序列(short training sequence),后跟2个重复的总计另外8ms的长训练序列(long training sequence)。缓慢稳定的瞬态频率误差会破坏802.11a/g信号,甚至对802.11b/g支持的低数据速率产生不良影响。如果一个特殊的接收机设计对发射频率的估算是建立在前几微秒同步码的基础上的话,则快速稳定的发射频率误差也会影响性能。但要了解是否发生这种瞬态响应是很困难的,在设计过程的所有阶段检查信号的频率误差与时间关系的曲线时也许并未发生瞬态响应。某些测试仪器,如IQview允许根据短训练序列、长训练序列或全数据包的频率估算量计算OFDM信号的EVM(如果最终的EVM值变化较大),因而这也是发射频率可能受到瞬态误差影响的因素。

信号饱和的影响

要将功耗降至最低并以最高的效率进行操作,RF功率放大器应在接近其饱和点的理想状态下进行操作。但除非功率放大器的平均输出功率减小(偏离满功率),否则不同的调制类型仍会将放大器推入其饱和区域并使信号饱和。与放大器饱和相关的非线性随后会导致谐波失真、互调失真与频谱再生、交叉调制、SNR恶化以及调制不准确。信号饱和的程度反映了功耗与信号质量之间的折衷,也直接影响了产品成本与质量。如果饱和程度过大,则会降低发射信号质量,如果饱和程度过小,则可能需要更昂贵的RF功率放大器以达到所需