5G FEM选型规范及指引

1.概述

随着802.11ac技术的逐步普及，5.8Gwifi的设计在未来的设计中比重逐渐加大，但是随之而来的问题也越来越突出。更高的频率，更大的空间衰减，更宽的工作带宽，更高射频指标要求对射频设计提出了更高的要求，同时随着客户对设备小型化、低功耗的要求越来越强烈，对射频设计方面带来了巨大的挑战。

由于802.11ac包括具有2.5%(-32dB) EVM规格限制的256QAM集，故PA线性度和对应的EVM作用必要条件比早期的802.11标准更严格，而PA对802.11n的EVM作用限制在大约3%、PA对802.11ac的EVM作用限制则大约在1.5%。此外，新的256QAM讯号调变具有更高的峰值均值比率(PAR)，也增加在802.11ac传输器设计内的PA其所必要的线性输出功率。

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在5Gwifi的射频设计中，为了弥补高频率带来的空间衰减加剧，11AC标准对EVM更加严格的要求，以及要求较宽频段上性能的一致性，我们以往的设计都是用分立的PA、LNA和Switch搭建射频链路，以达到高输出功率和高灵敏度的整机要求。集成的FEM（Front-End Module）

很少，也很难满足客户的要求。但是分立器件太多也带来了许多调试、生产的问题，一致性较差，体积较大的问题一直得不到解决。随着芯片技术的提高，越来越多的5G FEM出现了，随之而来的就是器件选择，链路设计需要我们更加关注其中的各个相关指标，用好FEM，在达到设计指标的同时，减小产品体积，满足散热，降低成本，做出好的产品。

2.目的

本文为硬件工程师详细分析FEM的各个指标，从具体案例分析中指引工程师做好5G FEM的选型，并成为规范。

3.TX指标分析hdpe排水沟

1.TX增益（Transmit Mode Gain）

TX增益是指下行功放与射频开关的总增益，衡量下行小信号的放大能力。需要选择适当的增益。选择多大增益与方案相关，首先需要确认FEM的下行输出能力，就是最大的输出功率，有的datasheet上注明的是在各个模式下的最大输出功率，有的还注明有1dB压缩点。其次要确认所选芯片方案的最大无失真输出功率，同样，在主芯片方案中，会列出各个模

式下的最大输出功率。最基本要求是主芯片的最大无失真输出功率加上FEM的TX最小增益，需要大于设计所要求的输出功率3dB以上,8dB以下最佳。

另外，除了工作频段的增益，需要关心工作频段外的增益。在对比选型时，带外增益越低越好，特别是需要重点关注的带外认证频段和同站工作频段。比如企业网的双频AP，带外认证频段会关注通信的LTE频段，同站工作频段就是指2.4G Wifi的频段，在这些相关频段上，增益越低越好。

举例：主芯片的最大输出功率为0dBm@VHT80，最大无失真输出功率为-10dBm@VTH80，当系统需要输出20dBm@VTH80的功率时，所选择的FEM TX最小增益需要33dB，否则不能达到最佳的功率和EVM组合。如果增益大得太多也会有问题，首先是大增益会产生高的噪底，对系统的噪底会产生不良影响，其次大增益会要求更多的功耗，另外一个很重要的是高的增益可能会产生稳定性的问题，增益越高，稳定性越差，干扰也越大。

2.TX增益平坦度（Gain Flatness，Ripple）

鸟笼的制作越小越好。在5G频段的FEM一般标明的增益平坦度是指每任意40MHz内的，因为早期的11AC一般用40MHz的信道带宽，需要保证在信道内各个码道之间的功率偏差尽量小。随着80MHz和160MHz的运用越来越多，在选择FEM的时候，需要更加关注更宽频带内的平坦度，必要时，先要测试demo板验证再决定优选器件。

需要进一步理解的是，现在的MIMO系统对增益平坦度的一致性要求很高，要求在相同信道内的各个频点功率差小于3dB才能发挥MIMO的作用，功率越接近，MIMO性能越好；如果偏差过大，不但不能发挥MIMO的优势，反而成为干扰。比如，下图1中的两个增益平坦度虽然差一些，但是比图2中的两个增益曲线要好，在性能上更好。所以，在衡量增益平坦度好坏的同时，还要关注增益曲线的形状。

图1 图2

3.输出功率（Output Power）

输出功率是选择器件的第一考量要求，选择合适的输出功率满足产品要求，余量足够又不浪费。各个厂家的FEM在标称输出功率的时候给的标准略有不同，有的厂家只给出了一两种最高速率下的对应EVM的最大功率，一些厂家的功率表比较详细，甚至标出了测试条件。此指标越详细越好。

注意，一些厂家标称的是满足协议要求，而一些厂家有具体的EVM指标，需要特别注意差异。

选择输出功率的时候首先要核对各个速率下的输出功率最小值是否满足整机要求（个别最小值不满足的情况下，需要特别评估典型值是否有足够余量）；其次，一定要注意输出功率的典型值与最小值的差，越小越好，说明器件的一致性好，最终的产品一致性更好；再者，需要知道主芯片输出功率的信号质量（FEM的输入信号EVM），才能计算出所选FEM是否满足整机要求。系统级联的EVM计算公式以百分比换算：

捕虾机电路图

举例1：下图是一款FEM的TX功率与EVM的关系。在datasheet上，这款器件标称的是HT20模式下，满足3% EVM（-30.5dB），输出功率为21dBm，而且只有典型值，没有最小值。并且，器件的测试条件一般是以-45dB EVM输入信号作为标准。那么我们在选用的时候需要特别小心。我们以公式计算如下：

①当TX输入EVM=-40dB时，对应EVM为1.0%，那么总的输出EVM=3.16%，为-30dB；

②当TX输入EVM=-36.5dB时，对应EVM为1.5%，那么总的输出EVM=3.35%，为-29.5dB；

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③当TX输入EVM=-34dB时，对应EVM为2.0%，那么总的输出EVM=3.60%，为-28.9dB；

④当TX输入EVM=-32dB时，对应EVM为2.5%，那么总的输出EVM=3.90%，为-28.1dB；

从上述计算值可以看出，如果我们设计以21dBm输出为目标，那么最终的结果是整机都没有余量，而且此datasheet没有标注最小功率，如果每一级器件都按照正态分布规律，几乎有近三分之一的产品在生产时都会fail，所以风险非常的大。下图的这颗器件，从资料上看，如果要满足批量生产，指标只适合定在19dBm@HT20/MCS7以内。

EVM VS Power

滚动灯箱制作4.功耗（Power Consumption, Current consumption, Operation Current）

本文发布于:2024-09-23 20:13:45，感谢您对本站的认可！

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