原创 无线产品效能改善分析与介绍 (下)：噪声抑制基础概念及实务应用

在上一篇的无线产品效能改善分析与介绍 （上）中，我们不仅介绍了天线设计与无线产品性能之间的影响，更在修改天线后发现到吞吐量(Throughput)在高衰(100m衰减)2.4GHz的RX仍有Fail现象。综合上述条件，我们初步可以研判此次的实作案例可能是受到噪声影响，导致接收性能变差。

为了方便大家理解，在今天的文章中我们会先就RF Performance Debugging的基本概念，以及实务上的应用一一做介绍，接着再来说明我们针对了哪些问题进行修改。

所谓的噪声(Noise)，即为自身系统产生出不需要，并会影响到自身性能的各种讯号，以下就系统可能的噪声来源与解法做简单介绍。

首先需要先进行噪声来源的量测，或何处泄漏讯息导致天线接收到噪声。我们可以透过Radiation的方式，使用近场高频探棒(Near Field Probe)进行搜寻，当探棒接近噪声泄漏处或来源时，即可从频谱分析仪可以看到该频带的相对能量变化。

近场高频探棒(上图左)：高频探棒外观结构通常有圆形或棒状，圆形探棒通常应用在大范围及快速搜寻噪声时使用，依据圆形结构的大小不同，也会影响量测区域大小与不同频率的能量强度；棒状探棒则可直接接触小区域、电路板线路与零件接脚，主要用于小范围的噪声源确认。

量测架设(上图右)：一般来说，频谱分析仪(Spectrum Analyzers)只要搭配高频探棒即可操作，但若是加上低噪声放大器(LNA)将有助于放大噪声能量，让频谱分析仪显示噪声更加明显。

加上低噪声放大器(LNA)将有助于放大噪声能量，让频谱分析仪显示噪声更加明显。

PCB电路噪声除错

通常处理噪声的两大方向为PCB电路与机构设计，其中PCB电路较为复杂，主要是因为诸多的电子零件都可能会是发射源，并且透过实体线路接触或高频耦合(Coupling)现象，使噪声在产品内部乱窜。

举例来说，我们可以从下图看出，噪声源 (Noise Source)透过实体连接的线路将噪声传到其他电路，而耦合现象如蓝色印刷电路的噪声跨至黄色印刷电路线，两线虽互不相连，但黄色线路却已经遭到噪声干扰。

透过上面的说明，相信大家对电路噪声路径已有了基本概念，然而在实务上的电路噪声除错过程中，我们往往会遇到一些成本上升或令人感到棘手的问题，例如：

1. 有可能增加滤波电容、共模滤波器或大面积铺地(Ground)等，使得物料成本随之增加。
2. 为进行电路设计的更动，PCB可能需要重新洗板，这也是成本上升的因素之一。
3. 倘若电路设计较复杂，或是噪声除错不够确实，因此无法彻底揪出噪声源的主因，终将导致修改后的电路仍无法达到预期标准。
4. 噪声源来自必要的重要零件。例如CPU、存储器、USB系统芯片或HDMI之类的高传输速度电路，由于无法在相关电路上增加电容、滤波器与金属屏蔽，因此可能让资料传输或散热产生问题。
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一旦于实际进行电路除错时遭遇到上述限制，在实务上就会建议朝「变更机构设计」的方向来解决，只要机构设计良好，我们甚至可以不用修改电路，就能收到预期的成果。

通常进行机构设计噪声除错有数种方式，例如PCBA上的金属屏蔽、箱体(chassis)内部机构与外部机构。
以下接着介绍这几种应用范例。

PCBA的金属屏蔽

箱体(chassis)内部机构

箱体(chassis)外部机构

在花了一些篇幅说明了噪声与其解法的基础概念后，现在让我们回到手上的案例，看看百佳泰是如何逐一改善噪声干扰的现象。

根据无线产品效能改善分析与介绍 （上）中的设定，此时天线位置已经更改为「前墙1支、后墙1支」，所以在噪声的处理也要分别对2支天线独立处理。

Step 1：透过RF Probe与频谱分析辅助，找出有噪声泄漏的地方，并增加Solution进行应对。

Step 2：在经过上述的Solution调整后，可使用频谱分析仪来观察噪声的变化。

经过噪声除错后，前墙天线(Front Antenna)的噪声强度降低约8dB、后墙天线(Real Antenna)则降低3dB。这也反映出以上的Solution确实有效地减少天线接收到噪声的状况。

接下来可以进行吞吐量测试(Throughput Test)，确认噪声solution对Throughput的改善程度。如下表所示，我们透过天线(ANT)的位置调整，以及噪声除错的解决方案尝试一步步改进，可以看到20m 模拟衰减距离的RX吞吐量不断优化，代表本次执行的除错方法皆有达到功效。

接着为100m 衰减距离的吞吐量测试，在下表中我们同样可以看到吞吐量的改善，但HT20 CH1与CH11仍无法达到SPEC要求40Mbps。

如同前文提到，各种除错手段虽能够改善，但并不代表能够百分百达到预期目标。事实上，若依照实际应用上的情况来分析，100m其实已经是相当远的距离，对终端使用者的体感差异几乎可说是微乎其微，但RX却仍可有一定的吞吐量，持平而论，这已经是相当不错的表现。

在考量到除错手段的成本提升，以及项目进度、市场竞争与终端使用者使用体验等状况评估。本次分享案例中的客户最终决定采用由百佳泰团队提出的专业建议，以及根据效果、成本及导入可行性等全盘考量后所的解决方案，最终不仅成功地完成该产品的修正，更如期让产品顺利上市。