1. 什么是FEM

1.1 FEM簡(jiǎn)介

FEM，F(xiàn)ront-end Modules，即就是前端模塊。硬件電路中的前端模塊完成射頻信號(hào)的發(fā)送放大以及接收放大（with bypass）、濾波，甚至包含功率檢測(cè)、控制和開(kāi)關(guān)的這樣一個(gè)作用。對(duì)于Wi-Fi產(chǎn)品，F(xiàn)EM分為2.4G FEM和5G FEM，分別應(yīng)用于2.4G和5G頻段。

下圖是VC5450的功能框圖：

FEM內(nèi)部一般集成了：

PA：Power Amplifier，功率放大器。是指能輸出大功率信號(hào)的放大電路。

LNA：Low Noise Amplifier，低噪聲放大器。噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無(wú)線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測(cè)設(shè)備的放大電路。

Switch：控制TX和RX切換工作的開(kāi)關(guān)，使TX和RX共用天線。

反饋電路DET：輸出功率與反饋電壓值一般線性相關(guān)，根據(jù)反饋的電壓值可以計(jì)算出輸出功率大小。

1.2 FEM主流廠家

美國(guó)廠家：Skyworks、Qorvo

臺(tái)灣廠家：Richwave

國(guó)產(chǎn)廠家：康希通信、Vanchip

2. FEM重要參數(shù)介紹

2.1 TX指標(biāo)

上圖是VC5450規(guī)格書(shū)中關(guān)于TX的參數(shù)，此FEM是適配5G Wi-Fi頻段。

（1）首先需要理解dB和dBm：

dB即分貝，是一個(gè)純計(jì)數(shù)單位，它的計(jì)算公式為：dB = 10lg（A / B），此時(shí)A和B表示功率。dB是相對(duì)值，是一個(gè)功率相對(duì)于另一個(gè)功率的差。比如，我們常說(shuō)“這個(gè)PA的功率比那個(gè)PA的功率高/低3dB”。

dBm即分貝毫瓦，是表示功率絕對(duì)值的單位。通常，我們會(huì)說(shuō)XXX PA的功率是20dBm，而不會(huì)說(shuō)是20dB 。dBm功率與mW（毫瓦）功率的轉(zhuǎn)換公式：dBm = 10 log（功率值/1mw），此處的功率值，是以毫瓦（mW）為單位時(shí)的數(shù)值。

知識(shí)點(diǎn)一：20dBm=100mW，30dBm=1000mW

知識(shí)點(diǎn)二：當(dāng)在功率P（dBm）上增加或減少3dB，則它以mW為單位的功率就會(huì)增加一倍或者減少一半。17dBm=20dBm-3dB=0.5 * (100mW)=50mW，23dBm=20dBm+3dB=2*(100mW)=200mW 。

知識(shí)點(diǎn)三：當(dāng)在功率P（dBm）上增加或減少10dB，則它以mW為單位的功率就會(huì)增加至原來(lái)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，就可以正確理解Transmit gain和Output power的含義。

Transmit gain，即發(fā)射增益，單位dB。指的是此FEM能提供的最大增益，一般不建議使用滿增益來(lái)發(fā)射功率，增益太大容易造成失真或者輸出功率不平。

Output power，即輸出功率，單位dBm。指的是FEM能輸出的最大功率。

假設(shè)RFIC在HT20/MCS7模式下可以輸出0dBm的功率，那么經(jīng)過(guò)FEM放大之后，輸出功率為22dBm。此時(shí)FEM的增益為22dB。此處重點(diǎn)是實(shí)際輸出功率不能超過(guò)FEM的最大輸出功率。

假設(shè)RFIC在HT20/MCS7模式下可以輸出-10dBm的功率，那么經(jīng)過(guò)FEM放大之后，輸出功率為20dBm。此時(shí)FEM的增益為30dB。此處重點(diǎn)是實(shí)際發(fā)射增益不能超過(guò)FEM的最大發(fā)射增益。

（3）FEM本身具有功耗，一般FEM的最大功耗是TX最大時(shí)，此FEM的最大電流消耗為330mA，供電電壓為5V，計(jì)算功耗為1.65W。FEM的功耗也是重要參數(shù)，在選型和設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意。

（4）還有一些其它參數(shù)，并非是器件選型是重點(diǎn)關(guān)注的，如二、三次諧波指標(biāo)，表示此FEM的內(nèi)部濾波能力：

2.2 RX指標(biāo)

上圖為VC5450的RX指標(biāo)。

LNA Gain，低噪聲放大器的增益，原理上與Transmit gain一樣，但是這里為什么有兩個(gè)數(shù)值，一個(gè)為GLNA，一個(gè)為GOOB_RX。

GLNA可以對(duì)接收到的信號(hào)提供15dB的增益，增強(qiáng)接收到的信號(hào)。在RFIC的接收靈敏度不變的情況下，通過(guò)外部FEM中的LNA放大功能，可以使RFIC接收到更小功率的信號(hào)，也就是增加了通信距離。

GOOB_RX，表示LNA旁路，旁路指的是LNA不使能，并提供-17dB的增益，進(jìn)一步減小接收信號(hào)。此功能一般配合最大接收電平指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)接收到的信號(hào)本身就比較大時(shí)，例如-20dBm，此時(shí)如果再使能LNA，那么RFIC將收到-3dBm的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)已經(jīng)超出了RFIC允許收到的最大接收信號(hào)，可能會(huì)識(shí)別不了信號(hào)甚至?xí)龎腞FIC的接收部件。所以此時(shí)應(yīng)該控制LNA bypass，結(jié)果就是RFIC實(shí)際收到的信號(hào)為-37dBm，在RFIC的接受范圍內(nèi)。

上圖為VC5450的真值表，也是控制邏輯表。

通過(guò)LNA_EN和PA_EN兩個(gè)GPIO，可以控制FEM實(shí)現(xiàn)4種功能，LNA_EN和PA_EN由RFIC控制。

此真值表需要跟RFIC內(nèi)部控制邏輯匹配，否則無(wú)法正常工作，RFIC內(nèi)部?jī)?nèi)部控制邏輯可以通過(guò)寄存器修改配置，但一般只有FAE知道具體的修改方法。

2.3參考設(shè)計(jì)

上圖為VC5450的原理圖參考設(shè)計(jì)，VCC11和VCC10的濾波電路。

3. FEM設(shè)計(jì)指南

建議選擇開(kāi)關(guān)頻率大于1MHz且動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的DC-DC電路給FEM供電，DCDC的輸出電流要大于FEM的最大工作電流。

電源走線VCC11和VCC10按兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)處理最后用0Ω匯集到PA電源，這樣分配的濾波電容layout不會(huì)混亂且兩路電源的互擾最小，VCC11，VCC10的濾波電容要預(yù)留夠，保證其滿載紋波小于100mV。

原理圖設(shè)計(jì)預(yù)留夠相關(guān)調(diào)試電路，Tx，Rx，ANT預(yù)留π型電路。

咨詢FAE針對(duì)該FEM的layout guide，或者發(fā)給FAE review FEM部分電路的SCH和PCB layout. 按照l(shuí)ayout guide和FAE指導(dǎo)進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。

每顆FEM的PCB布局間距建議大于10mm以上，方便FEM的散熱；同時(shí)FEM設(shè)計(jì)建議四層板或以上設(shè)計(jì)，預(yù)留完整的參考地平面，F(xiàn)EM背面開(kāi)窗漏銅處理，方便貼導(dǎo)熱硅膠，保證FEM穩(wěn)定工作。

多顆FEM共存，建議每顆FEM的供電使用電阻或磁珠隔離。

4G和5G共存，建議2.4G和5G的FEM分別供電，如果成本和空間受限，可以不考慮。

4. 調(diào)試指標(biāo)要求

射頻實(shí)際的輸出功率指標(biāo)一般小于規(guī)格書(shū)標(biāo)稱值Output power1~2dB。

TX gain不建議滿載，如達(dá)到規(guī)格書(shū)指標(biāo)的-29.5dB，此時(shí)輸出功率EVM可能會(huì)惡化，或者各個(gè)信道之間功率不平。

LAN 增益一般要求達(dá)到規(guī)格書(shū)指標(biāo)，例如15dB。

FEM的電源紋波要小于電壓的5%，電源功率不能超過(guò)規(guī)格書(shū)參數(shù)。

如果FEM芯片溫度接近或超過(guò)標(biāo)稱值，需要考慮散熱措施。

≥48h的長(zhǎng)時(shí)間高、低溫穩(wěn)定性測(cè)試，可以配合整機(jī)測(cè)試。

Q1、VC5450工作電壓是多少？

A1、VC5450工作電壓是5V和3V。

Q2、VC5450應(yīng)用于哪些市場(chǎng)？

A2、VC5450主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。

Q3、VC5450應(yīng)用在哪些產(chǎn)品上？

A3、VC5450應(yīng)用在家庭網(wǎng)關(guān)、用戶預(yù)定設(shè)備等。

Q4、VC5450產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)在哪里？

A4、VC5450-21集成了一個(gè)具有優(yōu) 越線性輸出功率 的5GHz PA、一個(gè)5GHz可旁路LNA和一個(gè)單極 雙擲(SPDT)開(kāi)關(guān)。LNA的 低噪聲系數(shù)提高了接收機(jī)靈敏 度，降低了信號(hào)誤碼率。

Q5、VC5450發(fā)射與接受增益多少？

A5、VC5450發(fā)射增益是5dB，接受增益15dB。