WiFi产品的一般射频电路设计

WiFi 产品的一般射频电路设计 (General RF Design In WiFi Product)

2011-01-20 18:18:41

写在前面的话：

这篇文章是我结合多年的工作经验和实践编写而成的，具有一定的实用性，希望能够对大

家的设计工作起到一定的帮助作用。

I. 前言

这是一篇针对性很强的技术文章。在这篇文章中，我只是分析研究了 Wi-Fi 产品的一般射

频电路设计，而且主要分析的是 Atheros 和 Ralink 的解决方案，对于其他厂商的解决方案

必然是具有一致或者类似的架构。经常浏览相关网站的人一定知道，在中国市场热卖的无

线路由器，无线 AP 很多都是这两家的解决方案。

这篇文章具有一定的实用性。这篇文章的编写是基于我们公司的二十余种参考设计电路，

充分吸收了参考设计的精华，并提取其一般性，同时，本文也重在分析实际的电路结构和

选择器件时应该注意的问题，并没有进行深入的理论研究，所以，本文具有一定的实用性。

这篇文章是我在自己的业余时间编写的（也可以说我用这种方式消磨时间），如果这篇文

章能够为大家的工作带来一点帮助，那将是我最高兴的事。我平时喜欢关注一些业界的新

技术新产品，但是内容太多，没有办法写在文章中，感兴趣的同事可以访问我的博客：

http://cn.signalsky.com。

由于时间有限，编写者水平更加有限，错误之处在所难免，欢迎大家批评指正。

（Radio Transceiver）一般是一个设计的核心器件之一，除了与射频电路的关系比较密切

以外，一般还会与 CPU 有关，在这里，我们只关注其与射频电路相关的一些内容。发送信

号时，收发器本身会直接 输出小功率的 微弱 的射 频信号，送至功率 放大器（ Power

Amplifier，PA）进行功率放大，然后通过收发切换器（Transmit/Receive Switch）经由天

线（Antenna）辐射至空间。接收信号时，天线会感应到空间中的电磁信号，通过切换器

之后送至低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）进行放大，这样，放大后的信号就

可以直接送给收发器进行处理，进行解调。

在后续的讲解中，我会将图 1-1 中的各个部分逐个展开，将每一个都暴露在大家眼前，也

会详细讲解每一部分的设计，相信大家在认真仔细的阅读这篇文档之后，就可以对射频的

各个组成部分有一个比较清晰的认识。

样，这一部分的设计讲解起来会比较困难，可是还是想最先讲解这里。

收发器通常会有很多的管脚，在如图 2-1 中，我只给出了射频电路设计时会关注的管脚，

可以看到，有几个电源管脚，数字地，模拟地，射频输出，功率放大器增益控制，功率检

测，温度检测，射频输入，低噪声放大器增益控制，发射、接收切换等管脚，在接下来的

内容中，我会把这些管脚分模块逐个讲解。

图 2-1 一般的无线收发芯片（射频电路设计相关）

2.1. 无线收发器芯片的技术参数

不同的设计，收发器一般会很不一样，我们大多数时候都不会想着去更换它。一般我们选

用收发器，会直接按照参考设计进行，尽管如此，我还是像从一个研发人的角度出发，说

一说，在选择无线收发器时应该关注的一些参数（射频电路相关的参数）。

2.1.1. 协议，频率，通路与传输速率

high-performance 2×2 MIMO configurations for wireless stations applications demanding

robust link quality and maximum throughput and range.

从 这 段 描 述 中 ， 我 们 可 以 知 道 ， AR9220 支 持 802.11n 草 案 （ 一 般 来 说 都 会 兼 容

802.11b/g）。同时， AR9220 也支持双频，2.4GHz 和 5GHz，这样，我们就可以得知，

它也支持 802.11a。2×2 MIMO 说明 AR9220 是二发二收（2T2R）。

传输速率和协议及通路密切相关，感兴趣的同事可以查阅相关资料。

从 AR9220 的 Datasheet 中 我 们 可 以 得 知 ， 20MHz 带 宽 ， 最 高 传 输 速 率 可 以 达 到

130Mbps，40MHz 带宽时，最高的传输速率可以达到 300Mbps。

2.1.2. 调制方式

调制方式和传输速率是密切相关的，不同的传输速率对应着不通的调制方式。芯片支持的

有一个现象我一直也弄不清楚，为什么在收发器的 Datasheet 中不给出其发射功率？这项

参数对于我们 RF 工程师是很重要的，因为这项参数决定着后续功率放大电路的设计，我

们要保证收发器的输出功率足以驱动功率放大器，这样，我们才能够设计合理有效的放大

器。

2.1.5. 接收灵敏度

和输出功率一样，收发器接收灵敏度这项参数也不会在 Datasheet 中给出，在实际的设计

过程中，有了这项参数，我们才能合理地设计低噪声放大器的放大倍数，才能保证低噪声

放大器的输出可以被收发器有效的接受。

2.1.6. 射频接口

这项参数关系着我们后续的射频电路的结构。一般来说，收发器应该具有的射频输入管脚

2.2. 差分射频信号的处理

2.2.1. 收发器本身具有的管脚

对于射频信号，为了增强收发器的抗干扰能力，一般会采用差分信号的处理方式，也就是

说，收发器会以差分形式将信号发送出去，同时外部电路也必须为收发器提供差分射频信

号的输入。如图 2-2 所示，红色方框内的四只管脚就是这个收发器的差分射频信号的输入 ，

输出管脚，也是最重要的射频信号管脚。

图 2-2 收发器的射频输入与输出管脚

这里必须指出的是，Atheros 的收发器一般会同时对输入与输出做差分处理。但是 Ralink

一般要求外部输入的信号是差分的，而自身输出的射频信号则不是差分的。图 2-3 和图 2-4

分别给出了 RT3052（Ralink）和 AR9220（Atheros）的主要射频信号管脚。不难发现，

Atheros 的设计相比 Ralink 要更加细腻，不只是收发器芯片，在后续电路的设计中，也会

发现，Atheros 考虑的问题很周全，我想，这也是我们作为研发人应该具备的一种精神。

图 2-3 RT3052 的主要射频信号管脚