芯耀
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1. 背景描述
1.1 RSE測試介紹
歐盟CE認證測試中包含RSE（Radiation Spurious Emission）測試，屬于EMC測試的一部分，用于評估無線通信設備或發(fā)射設備在其工作頻率范圍外產(chǎn)生的不希望的電磁輻射。這些不希望的輻射被稱為"雜散"，因為它們不在設備的預期工作頻率范圍內(nèi)。
測試標準：
ETSI TS 151 010-1
ETSI EN 301 511
輻射功率限值：30MHz-1GHz：-36dBm；大于1GHz：-30dBm
1.2 問題現(xiàn)象
在產(chǎn)品進行RSE測試時，GSM900MHz的3倍頻（2706MHz）超過限值約26dB；LTE B1(2100MHz)和WCDMA B5（800MHz）的三倍頻功率也在限值附近，風險較高。使用內(nèi)部天線或外置天線現(xiàn)象基本一致。
GSM 900MHz測試結果
GSM 900MHz測試結果
WCDMA B5（800MHz）測試結果
WCDMA B5（800MHz）測試結果
LTE B1（2100MHz）測試結果
2. 問題分析
2.1 射頻天線部分的系統(tǒng)架構圖
設備包括內(nèi)置天線，當外置天線出現(xiàn)丟失時，通過射頻天線的開關進行主備用天線切換
2.2 問題點定位
測試環(huán)境搭建
由于測試RSE是在第三方認證實驗室標準環(huán)境下測試，復測可以驗證測試下傳導下的雜散諧波結果，最終的整改方案的驗收需要在標準環(huán)境下進行驗證測試。下圖為復測環(huán)境示意圖
測試環(huán)境
測試點位：
問題初步定位過程：
經(jīng)過分析，初步懷疑可能因為雜散輻射超標的因素包括：電源供電、SPDT射頻開關、PCB微帶線、射頻連接器，現(xiàn)通過控制變量法，逐一進行識別，初步定位異常點。下表中的四個場景為定位測試點和具體的測試措施。
針對上述四個場景的測試結果如下：
針對上述四個場景的測試結果數(shù)據(jù)圖如下：
測試結論：
?模組信號剛出來位置（SPDT射頻開關前端）并斷開后端射頻鏈路，測試2.7G干擾信號為-48dBm，余量達到19dB，測試結果為PASS；
? Case3與Case1/2的測試結果對比，2.7G的干擾信號來源于大板上的射頻鏈路；
? Case4與Case1/2的測試結果對比，信號經(jīng)過SPDT射頻開關，2.7G的干擾信號增強50dB；
? 測量大板端射頻鏈路匹配與插損情況，高頻區(qū)域插損較大，且匹配性能稍差。
綜上，初步判定GSM900最大功率發(fā)射，2.7G的干擾信號是由底板上的SPDT射頻開關導致。
2.3 進一步驗證及分析
基于初步分析結果，針對SPDT射頻開關前后的射頻鏈路進行優(yōu)化，措施及驗證結果如下：
場景1
優(yōu)化措施：去除SPDT射頻開關控制信號限流電阻R97、R99；射頻輸入信號隔離電容C103、C90由27pF調(diào)整為1000pF。
優(yōu)化效果：900M三倍頻輻射功率-9dBm，降低6dB左右（廣電計量實驗室驗證）
場景2
優(yōu)化措施：將SPDT射頻開關控制信號濾波電容C104、C105由10pF調(diào)整為5pF或33pF
場景3
優(yōu)化措施：斷開天線在位診斷電路
場景4
優(yōu)化措施：增加SPDT射頻開關后級LC濾波電路，濾除2700MHz信號。R89調(diào)整為4.2nH電感，C92調(diào)整為1.6pF
優(yōu)化效果：900M三倍頻傳導功率降低10dB左右
其他影響：影響LTE B7發(fā)射和接收性能
場景5
優(yōu)化措施：在場景1基礎上去掉天線端口ESD靜電防護
優(yōu)化效果：900M三倍頻輻射功率-11dBm，降低2dB左右
其他影響：影響天線端口靜電防護
場景6
優(yōu)化措施：在場景1基礎上去掉天線端口ESD靜電防護和SPDT射頻開關
優(yōu)化效果：900M三倍頻輻射功率-50dBm，問題消失
其他影響：無法切換內(nèi)置天線
驗證結論：
? 900M三倍頻輻射功率大問題主要由SPDT射頻開關導致；
? 通過優(yōu)化SPDT射頻開關前后級匹配電路，無法完全解決此問題；
? 天線ESD靜電防護器件存在一定的問題。
2.4 原理分析
2.4.1 射頻開關主要性能指標
射頻開關是一種用于無線通信系統(tǒng)中的重要組件。它們具有低插入損耗、高隔離度、高功率承受能力、快速響應和廣泛的帶寬等優(yōu)點；射頻開關用于控制主備天線的切換。當前產(chǎn)品使用的SPDT射頻開關（NJG1801AKGC-A）功率容量不夠、1dB壓縮點較小，在發(fā)射功率高時，輸出非線性，導致互調(diào)干擾。
?隔離度：開關在導通時衰減不為零，成為正向插入損耗，開關在斷開時其衰減也非無窮大，成為隔離度。二者時衡量開關的主要指標，一般希望插入損耗小，而隔離度大。
?泄露原因：串聯(lián)MOS開關在關斷的情況下，柵-源、柵-漏，源-漏等極間寄生電容會產(chǎn)生耦合作用，引起信號泄露。該泄露隨著信號頻率的升高而增加。當信號功率過大，在信號的波谷，可能會發(fā)生關斷MOS管的導通，造成大量信號泄露。同一硅襯底的不同元件之間，襯底耦合也會引起一定的信號泄露，惡化隔離度。收發(fā)機天線發(fā)射信號功率要比接收信號功率高數(shù)十個dBm，因此發(fā)射模式下的隔離度性能尤為重要。
?Input Power：在給定的工作條件下，射頻開關所能承受的最大輸入功率。與PIN管功率容量、電路類型（串聯(lián)或者并聯(lián)）、工作狀態(tài)（CW和脈沖）給散熱條件有關。長時間工作于超過最大功率容量狀態(tài)下，器件會損壞。
?1dB壓縮點（線性度）：理想的線性電路輸入和輸出信號為一階線性關系，而實際電路存在多種非線性因素引起多諧波響應。1dB 壓縮點愈大，說明射頻電路（系統(tǒng)）線性動態(tài)范圍愈大。典型情況下，當功率超過 P1dB 時，增益將迅速下降并達到一個最大的或完全飽和的輸出功率，從而引起諧波干擾。
1dB壓縮點增益曲線
下表為變更前后SPDT射頻開關性能參數(shù)對比表
2.4.2 ESD靜電防護器件
對于射頻器件的ESD靜電防護設計，ESD靜電級別高，ESD靜電器件越大，寄生電容大，會造成寄生電容負載、電容充放電引起信號失真、RC延時、噪聲等。因此，在射頻天線端口的靜電防護設計中，在滿足抗靜電要求的前提下，ESD靜電防護器件的寄生電容要盡可能小，產(chǎn)品通信模組廠家要求ESD靜電防護器件的寄生電容要小于0.05pF。
模組廠家對射頻端口ESD靜電的伴生電容容值要求
當前產(chǎn)品使用的ESD靜電靜電防護（AUSD05CBL）的結電容較大，應用在高速射頻線路時，容易產(chǎn)生干擾。下表為變更前后ESD靜電防護器件關鍵參數(shù)對比表。
3. 問題整改及效果
整改內(nèi)容：
整改效果：
GSM900M和其它頻段RSE測試復測均通過。
參考文獻
1、NJG1801AKGC-A芯片數(shù)據(jù)手冊
2、SKY13370芯片數(shù)據(jù)手冊
3、AUSD05CBL芯片數(shù)據(jù)手冊
4、EPESD040205A芯片數(shù)據(jù)手冊
5、ETSI TS 151 010-1-2014，數(shù)字蜂窩電信系統(tǒng)（ 第2階段以上） 移動站 (MS) 一致性規(guī)范 第1部分：一致性規(guī)范（3GPP TS 51.010-1 版本 11.4.0 發(fā)行版 11）
標準鏈接：https://cdn.standards.iteh.ai/samples/44452/09154e8f0b8e4015bd8279efe51cc1d9/ETSI-TS-151-010-1-V11-5-0-2014-07-.pdf
6、ETSI EN 301 511， GSM移動站（MS）及其輔助設備的無線頻譜和電磁兼容性要求。
標準鏈接：https://www.etsi.org/deliver/etsi_en/301500_301599/301511/12.05.01_60/en_301511v120501p.pdf
