杰理蓝牙距离调试文档

📎 原始文档：https://www.kdocs.cn/l/cqD2jDDTZgZY 杰理蓝牙距离调试文档
杰理蓝牙距离调试文档

第1章样机调试流程框图

第2章调试前的准备工作

1. 校准校准工作是为了确保仪器和工具能够正常使用，不会对调试工作造成误导。

网络分析仪的校准

2. 射频线的校准射频线的校准主要有两个目的：确保射频线没有开路或者短路；使用不同长度、不同材质的射频线时，射频线本身的阻抗也要被仪器计算进去。

2. PCB裸板 a）检查PCB上的RF走线是否符合标准，具体有：RF走线不可过长或有分支；RF布线若有遇到需转向时，不可用转角的方式，会造成阻抗突变，需用弧形方式走线转向。
b）π形网络是否完整，如果只有一个并联网络的话，很有可能导致阻抗匹配波形调试不出来。
c）RF网络连接正确，重点注意单极陶瓷天线和双极陶瓷天线的画法不同。

3. 其他器件

主要是指样机的外壳、电池、喇叭、磁铁、充电针等器件。这些器件在调试、装配过程中，都会对蓝牙性能造成影响，所以在调试蓝牙距离的过程中就要让客户提供。
4. 调试物料 ①蓝牙天线
调试前要先了解调试的样机所使用的蓝牙天线类型，以陶瓷天线为例：

封装大小（5020/3216/2010）；
天线类型（单极天线、LOOP天线、PIFA LOOP天线）；
预备同封装的天线做备选方案。 ②调试用的电容、电感、电阻
调试π形网络的匹配参数时，应注意所使用的物料，具体如下：
a）天线物料应使用高频（2.4~2.5GHZ）物料。普通物料在高频线路中产生的阻抗是未知的，无法保证一致性；
b）天线物料对精度、一致性要求较高，*天线物料推荐使用村田品牌的！！！
③TVS管
为加强芯片静电防护，需要在RF网络上增加防静电器件，具体的位置在天线与匹配网络之间。TVS管必须使用我司推荐型号，如下图：
5. 样机 a）能够进入DUT模式的样机，用于测试芯片性能和OTA测试；
b）拉距测试样机，用于更换天线参数后的拉距测试；
c）对比样机（客户能够提供的话，可以做比对测试）。

第3章阻抗匹配

1. 调试框图

2. 阻抗匹配定义和原理 a）定义
阻抗匹配主要用于传输线上，以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。
*芯片内部RF模块和陶瓷天线、FPC天线默认已经做了50Ω阻抗
b）原理
阻抗匹配有两种，一种是通过改变阻抗力，另一种则是调整传输线的波长。通常采用的改变阻抗力，即将电容、电感串并联起来，来实现增加或减少负载的阻抗值和调整负载的相位。通常使用网络分析仪来进行阻抗匹配调试，网络分析仪的史密斯圆图、回波损耗、驻波比等波形便于我们理解和调试。
3. 阻抗匹配调试方法

大致规律
实际规律实际调试的过程中，史密斯圆图的变化规律很有可能和大致规律不符合，原因每个PCB板的RF天线的参考地和净空不规律，RF传输线上的寄生电容也不相同。调试时应先以大致规律为参考，观察串电容、电感时的大致规律。具体如下：
①串电容（0R→4PF→2PF→0.75PF）
标记点沿着阻抗圆逆时针转，并向外扩张；
②并电容（NC→0.5PF→0.75PF）
标记点沿着阻抗圆顺时针转，并向外扩张；
③并电感（NC→5.1NH→3NH→1NH）
标记点沿着阻抗圆逆时针转，并向内收缩；
④并电容（NC→0.5PF→0.75PF）
标记点沿着阻抗圆顺时针转，并向外扩张。

粗调与微调观察到了PCB板的波形变化规律后，就需要先将波形粗调到50Ω附近，此时使用的天线物料的容值、感值变化较大。波形在50Ω附近后，再微调天线物料，天线物料容值、感值一级一级变化（1.2PF→1.5PF→1.8PF；3NH→2.7NH→2.4NH），慢慢向50Ω阻抗圆靠近，就调试出了我们要的阻抗匹配参数。
4. 调试波形时要注意的问题点 a）调试时需要将电池、磁铁、外壳等器件组装起来；
b）天线物料使用的范围需要注意，并过大的电容（5PF以上）、串并过大的电感（10NH以上），会衰减RF的辐射功率，同时匹配参数呈现出过大的容性和感性也不利于信号的传输；
c）调试波形时，要将耳机戴上，人体对波形的影响也是很大的。
5. 波形调试不出时的处理办法
检查PCB，RF微带线设计是否符合标准（微带线过长、有转角都会导致波形变化不明显），天线净空是否符合标准（天线净空过小很容易导致波形变化小）；
更换调试思路，例如将串电容并电感改为串电感并电容。或是串小电感、并大电容，看一下波形变化是否明显；
用手捏着天线或是天线参考地，看波形如何变化。如果天线波形变化明显，则说明layout、焊接没有太大问题，如果天线波形就会没有变化，则需要先排查问题。 d）尝试更换同类型的不同型号的天线或不同厂家的天线，不同型号的天线调试方法和波形变化有很大差异的。

第4章装机测试

1. 装配说明

装配对蓝牙性能影响不可忽视，可能引入噪声和距离上的劣化影响，影响到调试样机的一致性。建议优化如下：
a）蓝牙天线或DCDC电感，结构上避开喇叭、喇叭线，以及MIC器件；
b）电池建议贴海绵胶垫高，尽量拉大与天线RF的间距；
c）喇叭和电池线考虑进行双绞线处理，并在放置时避开天线、触摸焊盘和DCDC电感；
d）电池的负极线如果是直接做GND时，需要考虑到电池的负极线会影响天线的参考地。建议统一电池的负极线的长度和绕线方式。

2. OTA测试

使用暗室进行OTA数据测试，可以作为调试效果的参考，测试到的TRP、TIS数据有利于我们直观的了解调试的效果，也加快了调试效率，不必频繁的走动测试和修改验证。另外在复杂的环境下，拉距测试很难测试出差异时，暗室OTA测试就有可能测试到1~2dbm的差异。测试时需要注意样机的装配一致性和摆放一致性，不然出现数据与实际调试效果不对应的情况，影响调试效率。
小型暗室如下图所示：
小型暗室
其中常用的测试项有辐射性能发射参数(TRP)、辐射性能接收参数（TIS）、天线辐射效率测试、方向图。
3. 拉距测试拉距测试开始前，应对测试环境、测试人员、测试手机、测试方法有一定了解。
a）不同的测试环境下，有不同频率、不同强度的电磁波信号，对蓝牙信号的干扰也不同。有条件的情况下，可以使用手持式频谱仪对周围环境的电磁波信号进行分析，重点关注2.4G~2.5GHZ的信号强度。
b）不同的测试人员主要影响的两个点：身高体重指数BMI和佩戴方法。高、胖的测试员更容易测试出卡顿情况。
c）不同的测试手机除了手机自身的蓝牙性能不同之外，不同的操作系统、操作系统不同的版本也会有差异。
d）拉距测试时应确保测试方法尽量一致，如果有条件，可以让客户通过对比样机，在同样的环境下，同一个手机，同一个人员进行测试，进行对比。
f）拉距测试时，应将测试结构记录下来，包括对耳状态下的直线距离、死角情况、卡顿情况；单耳状态下的直线距离、死角情况、卡顿情况。

当出现多个测试人员测试情况不一致，且无法制定标准时。需要客户提供对比样机，以对比样机为参考做OTA测试和拉距测试，做到和对比样机一致，甚至效果超过对比样机。

第5章确认样机

为确保量产后的样机一致性得到保证，在确认好试产前的样机后应该再多调试几套首版样机，确认其一致性。具体步骤有：
a）多套首版样机的PCB版本和制板工艺一致；
b）天线参数和物料料号确认一致；
c）电池、喇叭、壳料等与量产保持一致，最好能拍照保留；
d）样机的装配方式一致，最好能拍照说明；
e）首版样机装配OK后，进行OTA测试，确认数据OK后保留数据。再进行拉距测试，并记录下来。
f）OTA测试和拉距测试都通过后，保留金机，作为后续量产的参考样机。

第6章 RF信号分析思路

先了解一下PCBA端的蓝牙信号的传输路径，其传输路径为：主控芯片→微带线→匹配网络→蓝牙天线→空间辐射
PCBA端蓝牙信号的传输路径
一般情况下主控芯片的RF性能指标在正常范围、微带线走线符合规范、π形网络阻抗做好了匹配、蓝牙天线性能符合标准、空间辐射的路径中没有很强的干扰和障碍物，传输距离是可以达到测试标准的。
如果蓝牙的传输距离出现了问题，一般是上述的几个环节中某项或者多项出现了问题，在不能直观、快速的发现问题时，可以从芯片端到整机装配逐一进行排查。

第7章芯片的RF性能参数与影响因素

1. 性能参数

调试蓝牙距离过程中经常会遇到蓝牙距离距离不理想的情况，在调试多组匹配参数都没有明显优化的情况下，需要对芯片的RF性能参数进行了解和测试，确认PCB板上的物料选项、物料焊接没有影响到芯片的RF性能。
各个系列芯片的RF性能参数可以参考对应芯片的规格书，已AD697N、AC700N系列为例：
芯片的RF性能参数除了OutputPower（输出功率）、Sensitity（灵敏度）这两个影响较大的参数外，还有ICFT（初始载波频率容限，简单来说就是：频偏），DEVM（差动错误向量大小）等参数都会影响蓝牙性能。具体的数据可以参考珠海发布的测试数据或是已经量产的同类型样机的测试数据。
2. 指标测试流程下面以AD6976D样机为例，简述芯片的RF性能指标测试的流程：
①测试设备
a）测试仪器已N4010A 、蓝牙综测仪为主，搭配屏蔽箱、屏蔽房、暗室等进行测试

b）最新版本的公版SDK开发的DUT测试程序
c）射频线、转接头等工具

②样机与测试设备的馈线连接

*请注意：
a）射频线、转接头自身的损耗不能过大；
b）注意射频线、转接头是内孔还是内针型的，如果接错会有很大的功率损耗。

③测试数据
OutputPower（已Max Avg栏为准），参考标准：7~8dbm
ICFT（已Max Foffset栏为准），参考标准：±20KHZ
DEVM（已Peak Max栏为准），参考标准：≤20
单时隙灵敏度参考标准：-90~-92dbm
EDR灵敏度参考标准：-92~94dbm
*灵敏度测试结果容易受外界干扰，必须在屏蔽箱、暗室等环境下测试

3. 影响因素

测试过程，RF性能指标达不到测试标准时常见的一些问题点如下：
a）测试失败，仪器连接超时
可能导致的原因有：样机未进入DUT测试模式、射频线连接不正常或者射频线内芯连锡到GND。
排查方法：更换同型号样机或同芯片的对比样机，在相同环境下进行测试来确定测试软件和测试环境是否正常。
b）最大输出功率较低、灵敏度较低
可能导致的原因有：芯片焊接不良、射频线连接不正常、射频线内芯接的焊点不对、测试环境中有干扰
排查方法：重新焊接芯片、更换射频线进行测试、将射频线内芯接到芯片RF脚上测试、将测试环境中其他仪器关闭。
c）ICFT值过大，即样机频偏过大
优化方法：软件修正频偏、使用测试盒修正频偏、更换频偏更小的晶振。
d）DEVM值过大
可能导致的原因有：DCDC功率电感性能不佳、BTAVDD走线不好、BTAVDD网络的滤波电容不符合要求。
排查方法：更换内阻更小载流能力更大的绕线电感、优化BTAVDD网络走线。

第8章蓝牙天线的选项与应用

1. 天线选型参考

a）板载天线
板载天线是直接将天线做在PCB板，也称为PCB天线，其优点是价格低，但缺点有：体积较大、辐射效率低。板载天线线宽、走线长度、净空区间有明确的要求，常用的板载天线有蛇形天线和倒F天线，具体封装如下：

倒F天线是整个元器件封装都做好了的，无特殊需求的话不能进行修改。蛇形天线则需要根据实际情况去做相应的修改，设计难度较大，设计时尽量以设计成功的案例来作为参考，设置好线长、线宽、间距等。
b)陶瓷天线
陶瓷天线是将天线的金属导体依设计印在每一层陶瓷介质层上，如此一来便可有效缩小天线所需尺寸，并能达到隐藏天线设计布局的目的。其优点是尺寸小，方向性强，缺点是价格较高、代扣窄、不同类型的陶瓷天线设计和应用场景有很大区别。具体的分类和应用场景可以参考下图：
c)陶瓷天线
除了板载天线和陶瓷天线外，地磁天线、FPC天线、导线天线、LDS天线等也应用于蓝牙产品。我们在接触到这类天线时可以参考产品规格书进行设计和调试，或是向天线供应商咨询、学习，也可以找一些同类型设计成功的案例进行参考设计。
2. 陶瓷天线使用参考在使用陶瓷天线时，先浏览一下陶瓷天线的规格书，对陶瓷天线的性能（天线增益，尺寸，辐射效率等）和布局、layout要求有一个大概的了解。目前市面上陶瓷天线型号繁多，使用场景和布局也有很大差异，使用时也可以咨询天线供应商给予一定的技术支持，也可以浏览天线供应商提供的技术文档和设计指南。以下是天线供应商提供的一些天线使用规范和使用建议：