電感Q值對(duì)對(duì)射頻巴倫的影響

做過 WiFi產(chǎn)品的讀者一定知道射頻巴倫，英文稱之為Balun，就是balance-unbalance的縮寫，含義為平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器，常見于RF Tranceiver的射頻輸出/輸入引腳，用于對(duì)射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)差分到單端的轉(zhuǎn)換，后文直接稱之為Balun；做過射頻的讀者也一定知道電感的Q值，即品質(zhì)因數(shù)，是衡量電感器件的主要參數(shù)。是指電感在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。電感的Q值越高，其損耗越小，效率越高。

不知道正在閱讀此文的讀者是否經(jīng)歷過這樣的問題：明明射頻部分所用的Balun與參考設(shè)計(jì)所用的值是一樣的，可是射頻指標(biāo)就是很差。 筆者本人最近就遭遇了這樣的問題。

Atheros的AR9341是一款十分流行的WLAN SoC， 筆者也在多款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中采用了這款芯片。在之前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，射頻指標(biāo)從未出現(xiàn)過任何問題，基本上都能達(dá)到業(yè)界最高指標(biāo)，但是在最近的一款產(chǎn)品中，Rx接收靈敏度出奇地差，僅略高于IEEE國際標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)于 筆者這樣的完美主義者是完全無法接受的。原始的測試數(shù)據(jù)如下圖，即artgui窗口中的log，可以看到802.11g 54Mbps速率下接收靈敏度僅能達(dá)到可憐的-66dBm，這與其他產(chǎn)品的-78~-80dBm相差甚遠(yuǎn)。

相比于其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，這款產(chǎn)品射頻部分沒有LNA和PA，所以接收靈敏度比較差是意料之中的，但是不應(yīng)該差得如此離譜。在確認(rèn)了.ref文件中設(shè)置為no xlna及正確的switch table之后， 筆者便開始了漫長的調(diào)試過程。AR9341參考設(shè)計(jì)的Rx電路十分簡單，由于保密關(guān)系， 筆者無法給出這部分的原理圖，但顯而易見，能夠影響接收靈敏度的也就是Balun部分了。 筆者嘗試著變更過Balun部分的電感值與電容值，會(huì)對(duì)接收靈敏度產(chǎn)生一定的影響，但是都不會(huì)帶來巨大的改善。

百般無奈之下， 筆者比較了一下量產(chǎn)的PCBA與這這款產(chǎn)品Balun部分射頻器件的外觀（這是本人經(jīng)常使用的一種快速診斷問題的方法），結(jié)果發(fā)現(xiàn)一顆電感相差巨大：量產(chǎn)所用的電感為金黃色，而這款產(chǎn)品的電感是白色的！很明顯，問題就出在這里。根據(jù)以前的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，得知這顆金黃色電感是Muruta的LQP系列射頻電感，也是我在BOM中指定的物料，那么結(jié)論就是，這顆白色的電感是假的！將金黃色電感更換至這款產(chǎn)品的Balun部分，802.11g 54Mpbs速率下的接收靈敏度大幅提升至-73Bm，完全可以滿足一般要求。

進(jìn)一步，白色電感為疊層電感，其最典型的缺點(diǎn)就是Q值很低，自諧振頻率也很低，在射頻頻率下，其表現(xiàn)出來的很可能是容抗，完全失去一顆電感應(yīng)有的特性；金黃色電感是薄膜電感，具有較高的Q值與較高的自諧振頻率，例如Murata LQP系列電感典型Q值為13，自諧振頻率為6GHz，完全可以滿足2.4GHz頻段的要求。

通過這次調(diào)試， 筆者意識(shí)到在其他產(chǎn)品中都具有外部LNA及PA，所以這個(gè)問題沒有暴露出來，但是在這種沒有外部LNA的情況下就完全暴露了，因此 筆者建議讀者在做射頻Balun的設(shè)計(jì)時(shí)，請(qǐng)務(wù)必選擇高Q值的電感，例如Murata的LQP，LQW系列，電容可選擇Murata的GJM系列。

關(guān)于射頻巴倫

曾經(jīng)有很多讀者向我咨詢 WiFi產(chǎn)品射頻Balun部分的設(shè)計(jì)原理，我每次的回答都是一樣的：請(qǐng)與參考設(shè)計(jì)一致。這個(gè)理由其實(shí)很簡單，WLAN SoC并不會(huì)在Datasheet中給出差分輸入阻抗，那么射頻Balun的設(shè)計(jì)也就無從談起，只有芯片公司的人才能知道，因此對(duì)于射頻工程師來說最好的選擇就是與參考設(shè)計(jì)保持一致。

關(guān)于貼片電感

貼片電感主要有4種類型，即繞線型、疊層型、編織型和薄膜型。

繞線型貼片電感的特點(diǎn)是電感量范圍廣（nH～H），電感量精度高，損耗小（即Q值大），容許電流大、制作工藝?yán)^承性強(qiáng)、簡單、成本低等，但不足之處是在進(jìn)一步小型化方面受到限制，陶瓷為芯的繞線型片電感器在這樣高的頻率能夠保持穩(wěn)定的電感量和相當(dāng)高的Q值，因而在高頻回路中占據(jù)一席之地；疊層型貼片電感具有良好的磁屏蔽性、燒結(jié)密度高、機(jī)械強(qiáng)度好，不足之處是合格率低、電感量較小、Q值低；薄膜型貼片電感在微波頻段保持高Q、高精度、高穩(wěn)定性和小體積的特性；編織型貼片電感特點(diǎn)是在1MHz下的單位體積電感量比其它片式電感器大、體積小、容易安裝在基片上。用作功率處理的微型磁性元件。