電腦無(wú)線效能低落，內(nèi)部噪聲抑制與改善實(shí)例分享

承上篇『電腦無(wú)線效能低落如何改善？專(zhuān)家實(shí)測(cè)案例傳授，手把手教你Debug！』，我們經(jīng)過(guò)天線調(diào)整的驗(yàn)證，吞吐量 (Throughput) 有了一定程度改善，但在2.4GHz Channel 1, 11的RX (downlink) 數(shù)值仍是不甚理想，TX (uplink)的數(shù)值則非常好，通常此現(xiàn)象是因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)部噪聲造成，因此本篇百佳泰專(zhuān)業(yè)顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步地針對(duì)DUT內(nèi)部噪聲的分析與抑制實(shí)作提供經(jīng)驗(yàn)分享。

噪聲生成主要來(lái)自于電源、高速運(yùn)算與通訊等主動(dòng)組件與電路（下圖），噪聲透過(guò)輻射以及實(shí)體電路傳導(dǎo)，進(jìn)而影響到天線收發(fā)或者無(wú)線通信模塊，造成Wi-Fi、BT等無(wú)線性能變差，因此噪聲越小越好。

通常處理噪聲有兩大方向：PCB電路、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

• PCB電路設(shè)計(jì)：噪聲電路新增濾波器與電容等零件、更改電路走線與大量鋪地 (Ground)，降低噪聲能量，減少影響其系統(tǒng)或天線的機(jī)會(huì)。
• 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：封堵噪聲源與天線附近的結(jié)構(gòu)縫隙，阻止噪聲泄漏影響天線收發(fā)。

百佳泰顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)透過(guò)隔離室 (Shielding Room)、頻譜分析儀、高頻探棒 (RF Probe) 等設(shè)備以及具備多年經(jīng)驗(yàn)的工程師協(xié)助客戶(hù)收斂噪聲來(lái)源與噪聲處理建議。

• 近場(chǎng)高頻探棒（下圖左）：高頻探棒外觀結(jié)構(gòu)通常有圓形與棒狀，不同大小的圓形結(jié)構(gòu)，會(huì)影響量測(cè)區(qū)域大小與不同頻率的能量強(qiáng)度，通常用于大范圍快速搜尋噪聲用；棒狀探棒可直接接觸小區(qū)域、電路板線路與零件接腳，用于小范圍確認(rèn)噪聲源。
• 量測(cè)架設(shè)（下圖右）：在隔離室 (Shielding Room) 內(nèi)利用頻譜分析儀與高頻探棒搜尋電子產(chǎn)品噪聲來(lái)源。

接續(xù)上篇案例的處理過(guò)程，因機(jī)臺(tái)的空間尺寸小且無(wú)法用屏蔽阻絕噪聲輻射源，調(diào)整PCB零件與走線有可能成效不彰，為避免浪費(fèi)過(guò)多開(kāi)發(fā)成本，噪聲對(duì)策采取進(jìn)行機(jī)構(gòu)修改。上篇中，已經(jīng)將天線修改為一前一后，所以機(jī)構(gòu)對(duì)策也要分別對(duì)兩支天線獨(dú)立處理，下方圖表為相關(guān)對(duì)策：

經(jīng)過(guò)以上解決方案的調(diào)整，下圖使用頻譜分析儀來(lái)看2.4GHz頻帶噪聲的變化量。通常噪聲對(duì)策不會(huì)一次到位，因?yàn)槊總€(gè)噪聲泄漏的地方有可能會(huì)互相影響，必須逐個(gè)量測(cè)并且加上對(duì)策，噪聲能量才會(huì)逐漸明顯降低。

各項(xiàng)增加噪聲對(duì)策的量測(cè)結(jié)果（上圖），在所有對(duì)策都使用后，看出噪聲能量在前墻天線 (Front-End Antenna) 于Channel 1降低6.92dB、Channel 11降低4.08dB，并且整個(gè)2.4GHz頻段明顯改善。

而后墻天線 (Back-End Antenna) 于Channel 1反而提高2.53dB、Channel 11降低1.34dB，考慮2.4GHz中后段明顯改善以及2.4GHz頻段噪聲峰值 (Peak) 降低，故也將Solution 5納入有效對(duì)策。

目前在頻譜分析儀上能夠看出差異，接著進(jìn)行Throughput測(cè)試，確認(rèn)這些解決方法對(duì)于Throughput的改善程度，并依Throughput結(jié)果來(lái)決定采用全部或者部分噪聲對(duì)策。若是Throughput數(shù)據(jù)與Criteria仍有落差，也可以繼續(xù)增加對(duì)策，但這些對(duì)策還需考慮開(kāi)發(fā)成本與開(kāi)發(fā)進(jìn)度，質(zhì)量與時(shí)程需要取得一個(gè)平衡。

由上表得知，經(jīng)噪聲除錯(cuò)后，20m模擬衰減距離的RX (downlink) Throughput皆已優(yōu)化至Pass，代表百佳泰所進(jìn)行的解決方案為有效的。100m 模擬衰減距離的Throughput結(jié)果，同樣可看到Throughput的大幅改善，協(xié)助客戶(hù)解決終端使用者體驗(yàn)不佳的問(wèn)題。

Faster, Easier, Better！系統(tǒng)無(wú)線效能顧問(wèn)服務(wù)

百佳泰顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)擁有豐富的無(wú)線效能驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，能夠幫助客戶(hù)找出問(wèn)題并提出解決方法。我們提供不同層次的故障排除方案，以改善網(wǎng)絡(luò)吞吐量。此外，我們可以根據(jù)客戶(hù)的實(shí)際使用場(chǎng)景，提供特定無(wú)線產(chǎn)品或不同無(wú)線協(xié)議的解決方法，以滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。我們的服務(wù)旨在提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低實(shí)際應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，并提供更快速、更高效、更完善的顧問(wèn)咨詢(xún)服務(wù)與解決方案。我們的優(yōu)勢(shì)包括：

?Faster?

百佳泰在RF跟無(wú)線測(cè)試領(lǐng)域上皆具有專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也與多家知名品牌大廠長(zhǎng)期在無(wú)線效能以及RF Interference等測(cè)試項(xiàng)目上進(jìn)行合作，我們可以協(xié)助找出產(chǎn)品上市會(huì)遇到的問(wèn)題，加速縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與除錯(cuò)周期。

• 快速地協(xié)助發(fā)現(xiàn)問(wèn)題跟解決無(wú)線效能低落的問(wèn)題
• 快速地建置無(wú)線干擾檢查環(huán)境
• 快速地得到噪聲對(duì)策以及改善結(jié)果

?Easier?

百佳泰使用穩(wěn)定的測(cè)試環(huán)境，確保每一次測(cè)試皆在「穩(wěn)定、可重現(xiàn)」控制之下，協(xié)助客戶(hù)快速分析產(chǎn)品效能。

• 更有效率的測(cè)試手法
• 更省時(shí)間成本的測(cè)試方法
• 更加準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果
• 多種產(chǎn)品類(lèi)型的測(cè)試支持

?Better?

百佳泰不僅擁有超過(guò)30年以上的專(zhuān)業(yè)實(shí)績(jī)、專(zhuān)業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)以及一應(yīng)俱全的測(cè)試環(huán)境與儀器設(shè)備，憑借著豐富的使用者情境測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，我們致力于提供客戶(hù)更加完善的服務(wù)質(zhì)量。

• 更多種類(lèi)型產(chǎn)品的噪聲量測(cè)
• 更全面的驗(yàn)證測(cè)試計(jì)劃
• 專(zhuān)業(yè)的Issue Isolation及Debugging Support

若您有任何測(cè)試、驗(yàn)證或是顧問(wèn)咨詢(xún)服務(wù)等相關(guān)需求，歡迎透過(guò)在線窗口與我們聯(lián)系，百佳泰服務(wù)團(tuán)隊(duì)將誠(chéng)摯為您服務(wù)！

隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)產(chǎn)品越來(lái)越多，采用Wi-Fi和藍(lán)牙?技術(shù)聯(lián)機(jī)的產(chǎn)品也漸漸增加，越來(lái)越多廠商開(kāi)始投入與研發(fā)具有無(wú)線功能且可以與手機(jī)連動(dòng)的IoT產(chǎn)品。而制造商在選擇適當(dāng)?shù)奶炀€時(shí)，常依據(jù)供應(yīng)廠商提供的規(guī)格來(lái)判斷天線適不適合自身的產(chǎn)品，但天線組裝在產(chǎn)品上，會(huì)因?yàn)樘炀€附近的機(jī)構(gòu)件、機(jī)構(gòu)材料或是為了固定PCB板而灌膠。這些額外的變更都會(huì)造成天線頻率偏移、場(chǎng)型死角等問(wèn)題。以下實(shí)際案例可以觀察到這個(gè)現(xiàn)象。

實(shí)際案例

以實(shí)際測(cè)試過(guò)的產(chǎn)品來(lái)看天線周邊的機(jī)構(gòu)材料對(duì)于性能的影響。該產(chǎn)品通訊技術(shù)為藍(lán)牙?(工作頻率為2.4GHz~2.5GHz之間)，產(chǎn)品為了固定住外殼與PCB板而灌膠 (圖一)。在未灌膠前天線已在藍(lán)牙?的工作頻段，而在灌膠后天線頻率往更低頻段偏移(圖二)可以明確地觀察到。

圖一：上為灌膠前待測(cè)物/下為灌膠后待測(cè)物

圖二：Return Loss

會(huì)造成灌膠前后有如此大的差異是因?yàn)樘炀€的頻率在共振時(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)不同介質(zhì)而造成頻偏，關(guān)鍵在于灌膠后介電常數(shù)上升在波長(zhǎng)與光速不變，頻率則會(huì)往低頻偏移，由(公式一)可以理解其物理特性。

公式一 ： 天線波長(zhǎng)

針對(duì)天線長(zhǎng)度進(jìn)行縮減后結(jié)果如下圖(圖三)，未灌膠前將天線頻率調(diào)整至偏高頻，灌膠后因上述物理特性使天線頻段往低頻偏移而剛好坐落在藍(lán)牙?工作頻段。

圖三：Return Loss

下方結(jié)果是將天線調(diào)整前后之待測(cè)物放入843電波暗室測(cè)得其藍(lán)牙?工作頻段內(nèi)的低、中、高頻率點(diǎn)之效率(表一)，而會(huì)選擇低中高頻率點(diǎn)來(lái)比較是因?yàn)橛傻椭懈叩念l率點(diǎn)效率便可以知道這段頻率整體效率趨勢(shì)。而天線調(diào)整長(zhǎng)度前，天線的工作頻段未落在藍(lán)牙?工作頻率內(nèi)故所量測(cè)出的效率較差都在10%以?xún)?nèi)，而再調(diào)整天線后效率提升至45%以上，調(diào)整前后效能提升35%。

表一：天線效率

下方為場(chǎng)型量測(cè)結(jié)果2D場(chǎng)型圖(圖四)與3D場(chǎng)型圖(圖五)，由下圖(圖四)在比起未調(diào)整天線前場(chǎng)型強(qiáng)度整體較弱且小于標(biāo)準(zhǔn)線，而在天線調(diào)整后場(chǎng)型強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，在90度方向?yàn)閳?chǎng)型最強(qiáng)的位置。

圖四：2440MHz 2D場(chǎng)型圖

圖五：2440MHz 天線調(diào)整前3D場(chǎng)型圖

調(diào)整后3D場(chǎng)型圖

圖五上的3D場(chǎng)型為天線調(diào)整前，可觀察出場(chǎng)型強(qiáng)度整體較弱且較不接近全向性，如圖內(nèi)黃線標(biāo)示。相對(duì)圖五下為天線調(diào)整后之3D場(chǎng)型圖場(chǎng)型強(qiáng)度明顯比未調(diào)整前強(qiáng)且整體場(chǎng)型更接近全向性，如圖內(nèi)黃線標(biāo)示。

天線的判斷基準(zhǔn)

上述實(shí)測(cè)案例中所提到的各個(gè)參數(shù)的判定基準(zhǔn)，透過(guò)以下參數(shù)將逐一解釋其訂定標(biāo)準(zhǔn)與名詞解釋。

以下兩種參數(shù)可以初步判斷天線是否有符合產(chǎn)品所要廣播的頻段：

• 電壓駐波比(VSWR)

電波經(jīng)過(guò)不同介質(zhì)，而造成電波有一部分能量被反射而形成行駐波，而電壓駐波比指的是行駐波的電壓峰值與電壓谷值之比。一般業(yè)界判斷標(biāo)準(zhǔn)為，待測(cè)物廣播頻段范圍所測(cè)得VSWR數(shù)值必須 ?2。

• 回波損耗(Return Loss)

主要是觀測(cè)發(fā)送端看到多大的的信號(hào)反射成份通常數(shù)值越低越好，一般業(yè)界判斷標(biāo)準(zhǔn)為待測(cè)物廣播頻段范圍所測(cè)得Return Loss數(shù)值必須 ?-10dB。

而要進(jìn)一步的去判斷天線質(zhì)量的好壞則需要依據(jù)以下兩中參數(shù)：

• 效率(Efficiency)

一般判定標(biāo)準(zhǔn)是以比較的方式來(lái)判斷，例如效率50%的天線與10%的天線比較，前者的效率比起后者來(lái)的更好。

• 場(chǎng)型(Pattern)

為了使產(chǎn)品在各個(gè)方位都可以使用，天線場(chǎng)型的要求都會(huì)是接近全向性。

針對(duì)上述的所有參數(shù)，百佳泰提供不同量測(cè)方式，可以測(cè)得天線的VSWR、Return Loss、效率與場(chǎng)型。協(xié)助制造商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間，可實(shí)時(shí)的知道天線表現(xiàn)進(jìn)而改善問(wèn)題。

測(cè)試架構(gòu)

1. 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)來(lái)量測(cè)VSWR與Return Loss這兩個(gè)參數(shù)，初步確認(rèn)待測(cè)物天線是否有落在工作頻段。

圖六 ： 天線測(cè)試架設(shè)圖

2. 843電波暗室采用Great Circle Cut架構(gòu)(圖七)，來(lái)執(zhí)行天線效率與場(chǎng)型測(cè)試。測(cè)試軟件則由百佳泰自身開(kāi)發(fā)的自動(dòng)量測(cè)軟件進(jìn)行量測(cè)，只需將待測(cè)物固定在轉(zhuǎn)桌上，便可以精準(zhǔn)的測(cè)得天線效率與天線2D與3D輻射場(chǎng)型。

圖七 ： 天線測(cè)試場(chǎng)地與架設(shè)圖

結(jié)論

伴隨著IoT產(chǎn)品天線會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品機(jī)構(gòu)或材質(zhì)作變更導(dǎo)致原先設(shè)計(jì)好的天線頻偏，造成天線性能若是不好或是場(chǎng)型有死角，會(huì)造成IoT產(chǎn)品實(shí)際使用下會(huì)發(fā)生以下問(wèn)題 ：

• 無(wú)法聯(lián)機(jī)。
• 產(chǎn)品會(huì)更加的耗電。
• 使用產(chǎn)品時(shí)距離稍遠(yuǎn)就發(fā)生斷線。
• 在產(chǎn)品的特定范圍或位置容易發(fā)生斷線或是使用的距離縮短。

因?yàn)檫@些問(wèn)題而造成不好的用戶(hù)體驗(yàn)，導(dǎo)致客訴，用戶(hù)會(huì)質(zhì)疑制造商的質(zhì)量管理，進(jìn)而影響了品牌設(shè)計(jì)的商譽(yù)。

百佳泰重視這些問(wèn)題，扮演著為客戶(hù)質(zhì)量把關(guān)的角色，并提供點(diǎn)線面的全方位測(cè)試服務(wù)，協(xié)助您在研發(fā)產(chǎn)品階段可以更迅速的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以避免產(chǎn)品上市后造成諸多的客訴并協(xié)助您提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。