射频FEM介绍
1. 什么是FEM
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1.1 FEM简介
汽结构FEM，Front-end Modules，即就是前端模块。硬件电路中的前端模块完成射频信号的发送放⼤以及接收放⼤（with bypass）、滤波，甚⾄包含功率检测、控制和开关的这样⼀个作⽤。对于Wi-Fi产品，FEM分为2.4G FEM和5G FEM，分别应⽤于2.4G和5G频段。 下图是SKY85340的功能框图：
FEM内部⼀般集成了：
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PA：Power Amplifier，功率放⼤器。是指能输出⼤功率信号的放⼤电路。
LNA：Low Noise Amplifier，低噪声放⼤器。 噪声系数很低的放⼤器。⼀般⽤作各类⽆线电接收机的⾼频或中频前置放⼤器，以及⾼灵敏度电⼦探测设备的放⼤电路。
Switch：控制TX和RX切换⼯作的开关，使TX和RX共⽤天线。
反馈电路DET：输出功率与反馈电压值⼀般线性相关，根据反馈的电压值可以计算出输出功率⼤⼩。
个别FEM内部还包含功率耦合器（CPLR），实现功率反馈：反馈的不是电压值⽽是耦合得到的功率值，对⽐电压反馈更精确。1.2 FEM主流⼚家
美国⼚家：Skyworks、Qorvo
台湾⼚家：Richwave
国产⼚家：康希通信
2. FEM重要参数介绍
2.1 TX指标
上图是SKY85340规格书中关于TX的参数，此FEM是适配2.4G Wi-Fi频段。
（1）⾸先需要理解dB和dBm：
dB即分贝，是⼀个纯计数单位，它的计算公式为：dB = 10lg（A / B），此时A和B表⽰功率。dB是相
对值，是⼀个功率相对于另⼀个功率的差。⽐如，我们常说“这个PA的功率⽐那个PA的功率⾼/低3dB”。
dBm即分贝毫⽡，是表⽰功率绝对值的单位。通常，我们会说XXX PA的功率是20dBm，⽽不会说是20dB 。dBm功率与mW（毫⽡）功率的转换公式：dBm = 10 log（功率值/1mw），此处的功率值，是以毫⽡（mW）为单位时的数值。
知识点⼀：20dBm=100mW，30dBm=1000mW
知识点⼆：当在功率P（dBm）上增加或减少3dB，则它以mW为单位的功率就会增加⼀倍或者减少⼀半。17dBm=20dBm-3dB=0.5 * (100mW)=50mW，23dBm=20dBm+3dB=2*(100mW)=200mW 。
知识点三：当在功率P（dBm）上增加或减少10dB，则它以mW为单位的功率就会增加⾄原来功率的10倍或降低⾄原功率的1/10。
如10dBm=20dBm-10dB=0.1 * (100mW)=10 mW，30dBm=20dBm+10dB=10*(100mW)=1000mW
（2）理解了dB和dBm之后，就可以正确理解Transmit gain和Output power的含义。
Transmit gain，即发射增益，单位dB。指的是此FEM能提供的最⼤增益，⼀般不建议使⽤满增益来发射功率，增益太⼤容易造成失真或者输出功率不平。 Output power，即输出功率，单位dBm。指的是FEM能输出的最⼤功率。
假设RFIC在HT20/MCS7模式下可以输出0dBm的功率，那么经过FEM放⼤之后，输出功率为23.5dBm。此时FEM的增益为
23.5dB。此处重点是实际输出功率不能超过FEM的最⼤输出功率。
假设RFIC在HT20/MCS7模式下可以输出-10dBm的功率，那么经过FEM放⼤之后，输出功率为20dBm。此时FEM的增益为30dB。此处重点是实际发射增益不能超过FEM的最⼤发射增益。
（3）FEM本⾝具有功耗，⼀般FEM的最⼤功耗是TX最⼤时，此FEM的最⼤电流消耗为375mA，供电电压为5V，计算功耗为1.865W。FEM的功耗也是重要参数，在选型和设计时需要特别注意。 （4）还有⼀些其它参数，并⾮是器件选型是重点关注的，如⼆、三次谐波指标，表⽰此FEM的内部滤波能⼒：
2.2 RX指标
上图为SKY85340的RX指标。
LNA Gain，低噪声放⼤器的增益，原理上与Transmit gain⼀样，但是这⾥为什么有两个数值，⼀个为LNA active，⼀个为LNA bypass。
LNA Active，表⽰LNA使能，可以对接收到的信号提供16dB的增益，增强接收到的信号。在RFIC的接收灵敏度不变的情况下，通过外部FEM中的LNA放⼤功能，可以使RFIC接收到更⼩功率的信号，也就是增加了通信距离。例如RFIC接收灵敏度为-80dBm，经过LNA放⼤后，可以接收到-96dBm的⼩信号LNA Active，⼀般在接收信号⽐较⼩时使⽤，例如信号⼩于-30dBm。
LNA bypass，表⽰LNA旁路，旁路指的是LNA不使能，并提供-7.5dB的增益，进⼀步减⼩接收信号。此功能⼀般配合最⼤接收电平指标进⾏测试。当接收到的信号本⾝就⽐较⼤时，例如-20dBm，此时如果再使能LNA，那么RFIC将收到-4dBm的信号，这个信号已经超出了RFIC允许收到的最⼤接收信号，可能会识别不了信号甚⾄会烧坏RFIC的接收部件。所以此时应该控制LNA bypass，结果就是RFIC实际收到的信号为-27.5dBm，在RFIC的接受范围内。⼀般情况下接收信号⼤于-30dBm时，应该控制LNA bypass。-30dBm为经验值，跟RFIC芯⽚相关，并且⼀般情况下此数值可以通过内部寄存器进⾏修改。
2.3 真值表
上图为SKY86340的真值表，也是控制逻辑表。
通过LNA_EN和PA_EN两个GPIO，可以控制FEM实现4种功能，LNA_EN和PA_EN由RFIC控制。
此真值表需要跟RFIC内部控制逻辑匹配，否则⽆法正常⼯作，RFIC内部内部控制逻辑可以通过寄存器修改配置，但⼀般只有FAE知道具体的修改⽅法。
2.4 参考设计
上图为SKY85340的原理图参考设计。关注ANT输出预留匹配L型电路，VCC1和VCC2的滤波电路。
3. FEM设计指南
建议选择开关频率⼤于1MHz且动态响应好的DC-DC电路给FEM供电，DCDC的输出电流要⼤于FEM
的最⼤⼯作电流。
沙丘驻涡火焰稳定器电源⾛线VCC1和VCC2按两个⽹络处理最后⽤0Ω汇集到PA电源，这样分配的滤波电容layout不会混乱且两路电源的互扰最⼩，VCC1，VCC2的滤波电容要预留够，保证其满载纹波⼩于100mV。
电量监控
原理图设计预留够相关调试电路，Tx，Rx，ANT预留π型电路。
咨询FAE针对该FEM的layout guide，或者发给FAE review FEM部分电路的SCH和PCB layout. 按照layout guide和FAE指导进⾏PCB设计。
每颗FEM的PCB布局间距建议⼤于10mm以上，⽅便FEM的散热；同时FEM设计建议四层板或以上设计，预留完整的参考地平⾯，FEM背⾯开窗漏铜处理，⽅便贴导热硅胶，保证FEM稳定⼯作。
多颗FEM共存，建议每颗FEM的供电使⽤电阻或磁珠隔离。
2.4G和5G共存，建议2.4G和5G的FEM分别供电，如果成本和空间受限，可以不考虑。
4. 调试指标要求
射频实际的输出功率指标⼀般⼩于规格书标称值Output power 1~2dB。
TX gain不建议满载，如达到规格书指标的-32dB，此时输出功率EVM可能会恶化，或者各个信道之间功率不平。
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FEM的电源纹波要⼩于电压的5%，电源功率不能超过规格书参数。
如果FEM芯⽚温度接近或超过标称值，需要考虑散热措施。
≥48h的长时间⾼、低温稳定性测试，可以配合整机测试。
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