1、射頻設計框：

先給大家展示一下 Wi-Fi 產(chǎn)品的一般射頻設計框圖

如上圖所示，一般Wi-Fi 產(chǎn)品的射頻部分由五大部分組成（個人的見解），藍色的虛線框內(nèi)統(tǒng)一看成是功率放大器部分。無線收發(fā)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。

發(fā)送信號時，收發(fā)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(fā)切換器（Transmit/Receive Switch）經(jīng)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(fā)器進行處理，進行解調。

2、無線收發(fā)器：

把無線收發(fā)器（在本章的以下內(nèi)容中簡稱收發(fā)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，收發(fā)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(yōu)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。

收發(fā)器通常會有很多的管腳，在如下圖中，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(shù)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(fā)射、接收切換等管腳。

1 ）協(xié)議，頻率，通路與傳輸速率：

在收發(fā)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(xié)議，工作在什么頻率上，幾條通路（也就是幾發(fā)幾收）。

一段典型的描述如：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. 從這段描述中，我們可以知道，AR9220支持802.11n 草案（一般來說都會兼容 802.11b/g）。同時，AR9220也支持雙頻，2.4GHz 和 5GHz，這樣，我們就可以得知，它也支持802.11a。2×2 MIMO說明AR9220 是二發(fā)二收（2T2R）。

從 AR9220 的 Datasheet 中我們可以得知，20MHz 帶寬，最高傳輸速率可以達到 130Mbps，40MHz 帶寬時，最高的傳輸速率可以達到 300Mbps。

2 ）調制方式：

調制方式和傳輸速率是密切相關的，不同的傳輸速率對應著不通的調制方式。芯片支持的調制方式一般會在Datasheet 的特性描述中給出。例如AR9220 支持的調制方式有 BPSK，QPSK，16QAM，64QAM，DBPSK，DQPSK，CCK。

3） 時鐘頻率：

時鐘頻率，時鐘頻率包括兩種，收發(fā)器外接晶振的頻率和內(nèi)部倍頻后的工作頻率。

4 ）輸出功率：

有一個現(xiàn)象，為什么在收發(fā)器的 Datasheet 中不給出其發(fā)射功率？這項參數(shù)對于我們 RF工程師是很重要的，因為這項參數(shù)決定著后續(xù)功率放大電路的設計，我們要保證收發(fā)器的輸出功率足以驅動功率放大器，這樣，我們才能夠設計合理有效的放大器。

5 ）接收靈敏度：

和輸出功率一樣，收發(fā)器接收靈敏度這項參數(shù)也不會在 Datasheet 中給出，在實際的設計過程中，有了這項參數(shù)，才能合理地設計低噪聲放大器的放大倍數(shù)，才能保證低噪聲放大器的輸出可以被收發(fā)器有效的接受。

6 ）射頻接口：

這項參數(shù)關系著我們后續(xù)的射頻電路的結構。一般來說，收發(fā)器應該具有的射頻輸入管腳包括：射頻輸出管腳，功率放大器增益控制管腳，功率放大器輸出功率檢測輸入管腳，低噪聲放大器增益控制管腳，切換器收發(fā)控制管腳，一般 Ralink 的方案還會有 PA 溫度檢測管腳。

7 ）供電電壓與功耗：

從全局的角度看，供電電壓與功耗同樣會是我們不得不關注的技術參數(shù)，這兩項參數(shù)關系著電源電路的設計和散熱的設計。

2.2. 差分射頻信號的處理

1）收發(fā)器本身具有的管腳：

對于射頻信號，為了增強收發(fā)器的抗干擾能力，一般會采用差分信號的處理方式，也就是說，收發(fā)器會以差分形式將信號發(fā)送出去，同時外部電路也必須為收發(fā)器提供差分射頻信號的輸入。如下圖所示，紅色方框內(nèi)的四只管腳就是這個收發(fā)器的差分射頻信號的輸入，輸出管腳，也是最重要的射頻信號管腳。

Atheros 的收發(fā)器一般會同時對輸入與輸出做差分處理。但是 Ralink 一般要求外部輸入的信號是差分的，而自身輸出的射頻信號則不是差分的。下面兩圖分別給出了 RT3052（Ralink）和AR9220（Atheros）的主要射頻信號管腳。不難發(fā)現(xiàn)，Atheros 的設計相比 Ralink 要更加細膩，不只是收發(fā)器芯片，在后續(xù)電路的設計中，也會發(fā)現(xiàn)，Atheros 考慮的問題很周全。

2）收發(fā)器發(fā)送的差分信號

收發(fā)器發(fā)送的差分信號，我們要想辦法把他們合二為一。為什么要這樣做，收發(fā)器送出的信號是要給功率放大電路的，功率放大電路處理的是單端信號。

平衡器通常用來處理差分信號的問題，除此之外，電感和電容都能夠改變信號的相位，從差分信號到單端信號，基本的方法就是用電感和電容組成兩條不同的通路，這樣，經(jīng)過處理電路的兩路信號就在相位上相差了 180°，從而可以使原本相位相差 180°的差分信號同相，得到單端信號。相反，使單端信號通過兩條不同的通路，就得到了差分信號。

下面來分別看一下這兩種方法的電路形式。

方法一，使用平衡器。原本相位相差 180°的差分信號經(jīng)過平衡器（Balun，俗稱巴倫），就可以得到合二為一的單端射頻信號。如下圖所示，圖中的 F1 就是一個平衡器，差分信號 RFOUT_P 和 RFOUT_N 經(jīng)過F1 得到單端信號 RF_OUT。

方法二，使用分立元件。典型的使用分立元件的處理電路如下圖所示。

3）平衡器的參數(shù)與選擇

在 Atheros 的方案中，平衡器往往使用的很多，我在這里給出平衡器的主要參數(shù)和簡要的選型指南。如前所述，在我們的 Wi-Fi 產(chǎn)品中，平衡器常用于處理差分信號，其主要的參數(shù)如下：

? 不平衡阻抗

? 平衡阻抗

? 工作頻率

? 不平衡端口回波損耗

? 相位變化

? 插入損耗

例如，常用的平衡器 HHM1711D1 典型參數(shù)如圖 2-7 所示。這樣我們在設計是就可以根據(jù)我們的需求選擇合適的平衡器。

4）收發(fā)器接收的信號來自于前端的低噪聲放大器，和功率放大器一樣，低噪聲放大器處理的也是單端射頻信號，這樣，我們必須將低噪聲放大器輸出的信號進行轉換。同樣，對于低噪聲放大器的輸出信號同樣有兩種處理方式：使用平衡器和使用分立元件。Atheros 的方案中，有些使用平衡器；Ralink 的方案中，至今還沒有使用過。

其實大家也一定想到了，收發(fā)器接收信號和收發(fā)器發(fā)送信號差不多就是互為逆過程，因此電路的結構也差不多是相反的。沒錯，看了下面的實際電路圖就知道了。先來介紹使用平衡器的方案。在某實際案例中，采用了如下圖所示的平衡器電路。單端信號 RF_IN 經(jīng)過平衡器 F5 后得到差分的射頻信號 RFIN_P 和 RFIN_N。

再來看看采用分立元件實現(xiàn)的方法，下圖是 Ralink 慣用的方式，下圖2是 Atheros 常用的處理方式?？梢钥闯觯@兩種設計方法大同小異。

3. 收發(fā)器的電源管腳

收發(fā)器一般會有很多個電源管腳，可以大概分為幾類，一般會具有主電源管腳，核電壓電源管腳，IO 電源管腳，鎖相環(huán)（Phase Lock Loop，PLL）電源管腳等。

對于收發(fā)器的電源管腳，通常的處理方法就是在每個電源的管腳處都放置一個 0.1uF 的電容，耗電比較大的管腳旁，需要放置更大容量的電容，1-10uF 或者更大。一般來說，收發(fā)器的模擬電源供電和數(shù)字電源供電要用電感或者磁珠隔開，并且一定要在電感或磁珠后放置容量比較大的電容，如果條件允許的話，最好放置電解電容，會對電源的性能起到很大的提升作用，同時并聯(lián)幾個容量比較小的瓷片電容，就可以濾除不同頻率的交流成分。