WIFIEVM变差分析实例

1、WIFI EVM变差分析实例误差向量幅度EVM : Error Vector Magnitude，误差向量（包括幅度和相位的矢量）是在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，能全面衡量调制信号的幅度误差和相位误差。0-1误差矢量信号定义示意图在讲EVM之前，我们先了解一下什么是I,Q,以及IQ调制。当前的数字射频芯片，无一例外IQ的用到了 I/Q信号，就算是 RFID芯片，内部也用到了I/Q信号，然而绝大部分射频人员，对于的了解除了名字之外，基本上一无所知。一个信号有三个特性随时间变化：幅度、相位或频率。然而，相位和频率仅仅是从不同的角度 去观察或测量同一信号的变化。人们可以同时

2、进行幅度和相位的调制，也可以分开进行调制，但是 这既难于产生更难于检测。但是在特制的系统中信号可以分解为一组相对独立的分量：同相（ 和正交（Q）分量。这两个分量是正交的，且互不相干的。Q信号 而当I的下图中的QAM调制器中I和Q信号来自一个信号源，幅度和频率都相同，唯一不同的是 的相位与I信号相差90。具体关系如下图所示，当 I的幅度为1的时候，Q的幅度为 幅度为0的时候，Q的幅度为1,两个信号互不相干，相位相差 90，是正交的。I : in-phase表示同相Q: quadrature表示正交，与I相位差90度。下图为I,Q信号关系：假设l=sin（X）, Q 则为sin（x+90）1.51

3、0.5-1.5I、Q信号关系/Y/ V/ Q/ / V v /A7乂7-0.5波模拟信号，手机上的频率是66KHZ，大家在布线的时候一定要保证IQ信号不被干扰，毕竟是模现在来解释I Q信号的来源：最早通讯是模拟通讯，假设载波为cos(a)，信号为cos(b)，那么通过相乘频谱搬移，就得到了cos(a) * cos(b) = 1/2cos( a + b) - cos(a - b)这样在a载波下产生了两个信号，a+b和a-b,而对于传输来说，其实只需要一个信号即可，也就是说两者选择一个即可，另外一个没用，需要滤掉。但实际上滤波器是不理想的，很难完全滤掉另外 一个，所以因为另外一个频带的存在，浪费了

4、很多频带资源。进入数字时代后，在某一个时刻传输的只有一个信号频率，比如0，假设为900MHz, 1假设为901MHz 一直这两个频率在变化而已，并且不可能同时岀现。这个不同于模拟通讯信号，比如电视 机，信号的频带就是 6.5MHz。还有一个严重的问题，就是信号频带资源越来越宝贵，不能再像模 拟一样这么简单的载波与信号相乘，导致双边带信号。大家最希望得到的，就是输入a信号和b信号，得到单一的a+b或者a - b即可。基于此目的，我们就把这个公式展开：cos (a b)= cos(a)cos(b) + sin(a)sin(b)90度相乘，之后相加,这个公式清楚的表明，只要把载波a和信号b相乘，之后

5、他们各自都移相就能得到a-b的信号了。这个在数字通讯，当前的半导体工艺完全可以做到： 1:数字通讯，单一时间只有一个频点，所以可以移相90度。2:相加器、相乘器技术很容易实现。如下图：手机GSM射频部分Superheterodyn电 GSM 900 MHz71 WhlT9W*4i13ta臂碗jSTSDA接下来就很好办了，大家知道I就是cos(b),Q就是sin(b)对这两个信号进行组合:sin(b)cos(b).cos(b), -sin a(b)-cos(b),sin(b)-cos(b),-si n(b)这个就是IQ信号的四相调制了。IQ信号应该是正弦之后为了编码更多的，就在这个里面折腾了，注

6、意，通过上面分析，大家知道拟信号，不然相乘相加之后就有很多杂波产生了，这个就是杂散了。极坐标图是观察幅度和相位的最好方法，载波是频率和相位的基准，信号表示为对载波的关 系。信号可以以幅度和相位表示为极坐标的形式。相位是对基准信号而言的，基准信号一般是载波, 幅度为绝对值或相对值。在数字通信中，通常以 I、Q表示，极坐标中I轴在相位基准上，而 Q轴则旋转90度。矢量信 号在I轴上的投影为I分量，在Q轴上的投影为 Q分量。下图显示和I和Q的关系极坐标和直角坐标的转换MagP haseM Jl2 Q2atan QI、Q调制的主要优点是：既便于将两个独立信号分量组合成一个复合信号；相应地也可以将其复合

7、 信号分解为两个独立的部分。大多数数字调制是在I、Q平面上将数据映射为许多离散的点，我们称这些点为星座。当信号从一个点移向另一个点时，幅度调制和相位调制就同时完成了。I、Q信号分别是在X轴和丫轴上的投影，合成矢量的幅度表示载波的幅度，合成矢量与X轴的夹角表示载波相位。因此可以通过改变I、Q驱动信号的幅度映射 I-Q空间中的任意一点。在 I和Q信号传送的值只有预先定义的几个值，代表广泛不同的状态，一个调制的协议针对每个调制形式规 定允许的状态数量。明白了 l,Q的原理之后，我们再讲解EVM就比较好解释了， EVM具体表示接收机对信号进行解调时产生的IQ分量与理想信号分量的接近程度，是考量调制信号

8、质量的一种指标。误差向量通常与QPSK等M-ary I/Q调制方案有关，且常以解调符号的I/Q星状”图表示.误差向量幅度EVM定义为误差矢量信号平均功率的均方根值与理想信号平均功率的均方根 值之比，并以百分比的形式表示。EVM越小，信号质量越好。-100%EVM测试目的：验证发射机产生的波形是否足够精确，以使接收机达到指定的接收性能，802.11/a/b/g /n WLAN发射机的性能会直接影响产品质量。在当今WLAt产品市场空间拥挤、利润微薄的情况下，提高质量无疑会使产品更具特色并增加其销售量还能减少退货并提高生产效益以及 收益率。但是发射机的性能很容易受到RF部分的设计选择、电路板布局及其

9、实现方式、元件的变化及更替等因素的影响，并且会由于802.11a/b/g/n标准所要求的调制类型和频带的不同而变得更加复杂。具有频谱分析仪、向量信号分析仪（VSA）及功率表（带信号分析软件如Lite Point 的IQview 802.11a/b/gWLAN测量方法及其相关的IQsignal软件包）能力的测试仪是分析大多数WLAN发射机问题的必备工具。利用频谱分析仪与功率表能力可以测量频率偏差、瞬态信号、相位噪声、同带信号传输功率、相邻信道功率及其它参数，而VSA能力则可以将特定的信号解调成正交分量,因此可将复杂的信号显示为具有幅度和相位特性的向量或者显示其完整的信号星座图。信号分析软件可随

10、之简化测量过程并同时提供性能测试的统计评估结果。利用这些工具，可以在调制域、时域及频域进行测量，在设计过程与生产期间评估发射机性能并查找其故障。此外，由于允许测量一个简单方便的品质因数一一误差向量幅度（EVM）,将表征发射RF信号的许多参数简化为单一参数，因此这些工具简化了 802.11a/b/g 所需的复杂波形分析。在生产线测试中,EVM可作为合格与否的标尺以简化发射机的质量保证并提高测试吞吐量，而在设计过程中 EVM 则是一个很有价值的总体信号质量指标。PCB特性阻抗变化导致 EVM变差的实例 在 2412MHZ t7 EVM 能达到-32dbm 在 2412MHZ t7 EVM 只能达到

11、-26dbm以下介绍一A PCB板厂 B PCB板厂 而EVM小3个dmb会导致 无线覆盖距离缩短一半不会在PCB板岀货检测时，板厂会对需要阻抗管控的线路（一般非直线，阻抗量测误差会比较大） 在板边模拟绘制成一条直线阻抗条（线宽与阻抗管控线路一致），以方便阻抗仪的量测，应该 具体到哪一段线，但可作为那一段线路阻抗的参考；如下图：测试板边阻抗条如下为A厂与B厂PCB交料的阻抗量测数据A厂主抗整体偏上限，其与B厂（阻抗偏中心值）的相比，平均大了有近3欧姆，如下图：A板厂：B板厂1 1tilI(mMTa Mi l曲魁血Q现削1.Vf9山帼刖陋UZIAH刖皿:atmuig,抽AfC9叫，1帥此 11

12、t paj-fti.-iI- -_ a T L-L- f. ia M E 宀 rfty pj. I一（口:_宀二=説一 电 aV _ II1-.一心H、y r s 汙；：*J 2用字師00创a 4儿EE? fl IE肩2 n 1S22 SB-ith0l4j0 EuMe l.ODOU F22.41ZDOOD2 斗？ 70卿r?4呼淤0 GHr尉If 方迥hg 3D6-i9 .nJ 2 郴 20CgCUzQl-t-0x6123.dE I -0.3*14 dBD.ODak-LO-DO-50-Oft-30-oa-40.00-so.DO3X-S12lr4SO-QO40.00旳Cljo.oaIOhOO -

13、ono-10-00-io.oa-30-oaChgSO-QOLog Mag IjO-Mde/ fcef C,mOdEFiNd1?(jD0d 曲 -1?住 AMJTODOQ 现 -D.SD 西 2.4eH)D(Kl WS -D .3035 挹12HeldB板厂1 Active Ch/Trace 2 Respanse 3 Stvnulus 4 Mkr/Analysis E Instr StateTri 511 Snitii cR+jJO Seal& L.OCOU lF211 Zl412DQD ?J-437OQ0C *2J A.MSOfiOC Wz30.如迪九223 fl3O-4se n-.dZLS

14、n30. SM n ffx?540 fl4J4斗.Tr3 SL04040.020.00LO-DOLog Mag 10-00d&/ RaF O.aODdE F212.4L2mOO GHzdE.2騒对Q口口 GHz -X.QQE.dE 2.fle20oao Qhtz -L.ozse de0 -000 WJ00-iO-00-30.00-40.00-50.00jHold .-Reddy卜唾 5Z2 可1 而1 歪笳 5car& L.OOOU TF2TLog lO-OOdB/ R卡 OOODdE F2141 JMiaOQ-iisQ -3x?35 fJ2 2.4370gaC -aiz 4呂哄 fp.ios

15、 fi J A斗弊& 3z 44-iM n -*脫 fl201-1 l-J7H：5BTriggerHoldPEd CdtZ01-ll-i7 H:-16s-L,6157 de -l.O32 de -L 亠 034:1 dEL i也MM2 2.-4 37V 口口3 2 亠恥 2iaolz GHz QHi40.0030.0020.00-LO-DO-iO-00-30.00-40.DO-0.40T 冋 S120401 MoldJf.uijZKtR. RMdy结论：在图中trace , B板厂比A板厂大了 加入PA放大，衰减可大 2至3dB不良PCB送厂商检测分析结果如下：0.2dB衰减，特性阻抗小了约1

16、7欧姆，考虑到整个线路与厂内fjft抗测试段& （WRffi就囲试仪）口 1则试阳抗稱试他a0 2 *pp导致，pp厚度要求切片及各类数据经分析确认，介质层厚度异常超规格；切片分析为压合用错5.4 ）.6mil,实测：2.954mil ；导致阻抗异常K：jW1nr附注：pp片就是半固化片（Prepreg是Pre-pregnant的英文缩写），是树脂与载体合成的一种片状粘结材料。A.树脂一是一种热固型材料，为高分子聚合物，目前常用的为环氧树脂。它具有三个生命周期满足压A-Stage的树脂，又称为凡立水板的要求：A-Stage :是溴化丙二酚+环氧氯丙烷液体环氧树脂，为（Varnish ）。B-S

17、tage :是用玻璃纤维浸润于 A阶的树脂中，经过热风，或者红外线烘干，部分聚合反应，成为固体胶片，称为 B-Stage。pp由半固化片和胶水组成，core可以理解为双面覆铜的PPpp上的铜是pcb厂家电镀上的，其线路也是通过蚀刻岀来的。pp有很多规格，7628、1080等，不同规格的厚度、胶水含量、玻纤的密度都不一样，通常可以通过不 同规格的玻纤组合来满足具体的板厚要求 如下为特性阻抗计算公式阻抗计舷式类型一 I表面微细长务铜轨（Surface瓯f邈嘲工辻）L W J1口75剜7 = IHTJEt+1.410.9W+T亦删粗抗E = yr电常数4 24同H-绝軀厚度坤面/W=线宽T灣勒腋由此

18、公式得岀，当绝缘层厚度H变薄时，特性阻抗Z0也相应变小，相对应 B板厂特性阻抗偏低名词解释:频谱搬移概念：在发射端将调制信号从低频端搬移到高频端,便于天线发送或实现不同信号源，不同系统的频分复用实质：频谱搬移的实质就是要产生两个不同频率（ （w1-w2）信号。w1,w2）的信号的和频（w1+w2）信号和（或）差频= cos 皿(/+ m(/)cos fy/-fm最典型的频谱搬移电路：调幅电路调幅电路是把调制信号（有用的信息）对载波信号进行调幅，使自己的波形能不失真地移到有极大频率的载 波信号的振幅上，在频谱上就表现为调制信号的频谱不失真地搬移到载波信号的频率的两边。最终得到的调 幅信号是一个既

19、有极大频率，又在振幅上表现了调制信号内容的信号（载波信号在某一电压值按调制信号变化规律变化的一种振幅调制信号）。M（t）:调制信号C（t）:载波信号S（t）:调幅信号5（/）=名 +） cosM(f)Ar c(f fo相位（phase）是对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置：一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度。是描述讯号波形变化的度量，通常以度而度）作为单位，也称作相角。当讯号波形以周期的方式变化,波形循环一周即为360 。常应用在科学领域，如数学、物理学等。例如：在函数 y=Acos（ 3X+心中，3 X+称为相位。比如正弦交流电流，它的公式是 i=lsin2 nfti是交流电流的瞬时值，I是交流电流的最大值，f是交流电的频率, t是时间。随着时间的推移，交流电流可以从零变到最大值，从最大值变到零，又从零变到负的最大值，从负 的最大值变到零。在三角函数中2nft相当于弧度，它反映了交流电任何时刻所处的状态，是在增大还是在减小，是正的还是负的等等。因此把2nft叫做相位，或者叫做相。QAM调制:QAM调制实际上是幅度调制和相位调制的组合。相位+幅度状态定义了一个数字或数字的组合。QAM勺优点是具有