在上一篇的「無線產(chǎn)品效能改善分析與介紹(上)」中，我們不僅介紹了天線設(shè)計與無線產(chǎn)品性能之間的影響，更在修改天線后發(fā)現(xiàn)到吞吐量(Throughput)在高衰(100m衰減)2.4GHz的RX仍有Fail現(xiàn)象。綜合上述條件，我們初步可以研判此次的實作案例可能是受到噪聲影響，導(dǎo)致接收性能變差。

為了方便大家理解，在今天的文章中我們會先就RF Performance Debugging的基本概念，以及實務(wù)上的應(yīng)用一一做介紹，接著再來說明我們針對了哪些問題進行修改。

噪聲干擾(Noise)的成因

所謂的噪聲(Noise)，即為自身系統(tǒng)產(chǎn)生出不需要，并會影響到自身性能的各種訊號，以下就系統(tǒng)可能的噪聲來源與解法做簡單介紹。

首先需要先進行噪聲來源的量測，或何處泄漏訊息導(dǎo)致天線接收到噪聲。我們可以透過Radiation的方式，使用近場高頻探棒(Near Field Probe)進行搜尋，當(dāng)探棒接近噪聲泄漏處或來源時，即可從頻譜分析儀可以看到該頻帶的相對能量變化。

近場高頻探棒(上圖左)：高頻探棒外觀結(jié)構(gòu)通常有圓形或棒狀，圓形探棒通常應(yīng)用在大范圍及快速搜尋噪聲時使用，依據(jù)圓形結(jié)構(gòu)的大小不同，也會影響量測區(qū)域大小與不同頻率的能量強度；棒狀探棒則可直接接觸小區(qū)域、電路板線路與零件接腳，主要用于小范圍的噪聲源確認(rèn)。

量測架設(shè)(上圖右)：一般來說，頻譜分析儀(Spectrum Analyzers)只要搭配高頻探棒即可操作，但若是加上低噪聲放大器(LNA)將有助于放大噪聲能量，讓頻譜分析儀顯示噪聲更加明顯。

加上低噪聲放大器(LNA)將有助于放大噪聲能量，讓頻譜分析儀顯示噪聲更加明顯。

 

噪聲干擾(Noise)的解法

PCB電路噪聲除錯

通常處理噪聲的兩大方向為PCB電路與機構(gòu)設(shè)計，其中PCB電路較為復(fù)雜，主要是因為諸多的電子零件都可能會是發(fā)射源，并且透過實體線路接觸或高頻耦合(Coupling)現(xiàn)象，使噪聲在產(chǎn)品內(nèi)部亂竄。

舉例來說，我們可以從下圖看出，噪聲源?(Noise Source)透過實體連接的線路將噪聲傳到其他電路，而耦合現(xiàn)象如藍(lán)色印刷電路的噪聲跨至黃色印刷電路線，兩線雖互不相連，但黃色線路卻已經(jīng)遭到噪聲干擾。

透過上面的說明，相信大家對電路噪聲路徑已有了基本概念，然而在實務(wù)上的電路噪聲除錯過程中，我們往往會遇到一些成本上升或令人感到棘手的問題，例如：

1. 有可能增加濾波電容、共模濾波器或大面積鋪地(Ground)等，使得物料成本隨之增加。
2. 為進行電路設(shè)計的更動，PCB可能需要重新洗板，這也是成本上升的因素之一。
3. 倘若電路設(shè)計較復(fù)雜，或是噪聲除錯不夠確實，因此無法徹底揪出噪聲源的主因，終將導(dǎo)致修改后的電路仍無法達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。
4. 噪聲源來自必要的重要零件。例如CPU、存儲器、USB系統(tǒng)芯片或HDMI之類的高傳輸速度電路，由于無法在相關(guān)電路上增加電容、濾波器與金屬屏蔽，因此可能讓資料傳輸或散熱產(chǎn)生問題。

一旦于實際進行電路除錯時遭遇到上述限制，在實務(wù)上就會建議朝「變更機構(gòu)設(shè)計」的方向來解決，只要機構(gòu)設(shè)計良好，我們甚至可以不用修改電路，就能收到預(yù)期的成果。

 

機構(gòu)設(shè)計噪聲除錯

通常進行機構(gòu)設(shè)計噪聲除錯有數(shù)種方式，例如PCBA上的金屬屏蔽、箱體(chassis)內(nèi)部機構(gòu)與外部機構(gòu)。
以下接著介紹這幾種應(yīng)用范例。

PCBA的金屬屏蔽

箱體(chassis)內(nèi)部機構(gòu)

箱體(chassis)外部機構(gòu)

實測案例分享：如何有效改善噪聲干擾(Noise)

在花了一些篇幅說明了噪聲與其解法的基礎(chǔ)概念后，現(xiàn)在讓我們回到手上的案例，看看百佳泰是如何逐一改善噪聲干擾的現(xiàn)象。

 

根據(jù)上一篇中的設(shè)定，此時天線位置已經(jīng)更改為「前墻1支、后墻1支」，所以在噪聲的處理也要分別對2支天線獨立處理。

 

Step 1：透過RF Probe與頻譜分析輔助，找出有噪聲泄漏的地方，并增加Solution進行應(yīng)對。

Step 2：在經(jīng)過上述的Solution調(diào)整后，可使用頻譜分析儀來觀察噪聲的變化。

經(jīng)過噪聲除錯后，前墻天線(Front Antenna)的噪聲強度降低約8dB、后墻天線(Real Antenna)則降低3dB。這也反映出以上的Solution確實有效地減少天線接收到噪聲的狀況。

接下來可以進行吞吐量測試(Throughput?Test)，確認(rèn)噪聲solution對Throughput的改善程度。如下表所示，我們透過天線(ANT)的位置調(diào)整，以及噪聲除錯的解決方案嘗試一步步改進，可以看到20m 模擬衰減距離的RX吞吐量不斷優(yōu)化，代表本次執(zhí)行的除錯方法皆有達(dá)到功效。

接著為100m 衰減距離的吞吐量測試，在下表中我們同樣可以看到吞吐量的改善，但HT20 CH1與CH11仍無法達(dá)到SPEC要求40Mbps。

如同前文提到，各種除錯手段雖能夠改善，但并不代表能夠百分百達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。事實上，若依照實際應(yīng)用上的情況來分析，100m其實已經(jīng)是相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，對終端使用者的體感差異幾乎可說是微乎其微，但RX卻仍可有一定的吞吐量，持平而論，這已經(jīng)是相當(dāng)不錯的表現(xiàn)。

實測案例成果

在考量到除錯手段的成本提升，以及項目進度、市場競爭與終端使用者使用體驗等狀況評估。本次分享案例中的客戶最終決定采用由百佳泰團隊提出的專業(yè)建議，以及根據(jù)效果、成本及導(dǎo)入可行性等全盤考量后所的解決方案，最終不僅成功地完成該產(chǎn)品的修正，更如期讓產(chǎn)品順利上市。

您最信賴的檢測專家

近年來除了桌上型計算機擴增WLAN功能外，與IOT相關(guān)的無線連網(wǎng)產(chǎn)品也越來越多，包含象是監(jiān)視器、汽機車、家庭電器也逐步開始追加Wireless功能，以做為遠(yuǎn)端通訊、控制、影音等用途。這對公司規(guī)模相對不大或是產(chǎn)品剛剛踏入RF領(lǐng)域的企業(yè)來說，可能并沒有專業(yè)或足夠的RF工程師能協(xié)助處理如同本文所介紹的Throughput、噪聲量測、噪聲對策等相關(guān)的高頻問題。

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