路由器WIFI信号强度网速与电容的关系验证

adminismk · 发表于 2022-1-2 00:47:34

本帖最后由 adminismk 于 2022-1-4 14:17 编辑

祝大家2022元旦新年快乐

新年的第一帖，得来一点有营养的帖子，挺多人说路由器的性能不行了，或者网速慢了，想到的第一件事就是换电容来解决。
但是吧，大家基本上都没有示波器来实测换了电容之后有没有解决问题。那么今天晚上就由我来做个试验来验证一下换电容究竟能不能解决问题。

纹波的测量方法是：示波器限制为20MHz带宽，使用AC耦合模式
探头可以使用原装的探头或者自制线缆
我拆了一根20MHz的线缆作为采集线
负极接地，正极接电源正极

先来看看原始的信号强度与无线速度
原始信号强度为-21dbm，网速为292mbps
距离1.5米，无明显遮挡情况下测得

此时的纹波为8mV，瞬态响应的纹波为40mV
这对于一台没有射频功放的路由器来说是比较高的电源质量了

我测试的时候是深夜，平均网速恒定，偏差不大

由于该机器没有独立的FEM芯片，不能做准确分析

所拆掉的电容会影响到整体系统的稳定性（毕竟3.3V主供电）

理论知识水平不高，如有误请指出

以下实验仅供参考

tulips · 发表于 2022-1-2 00:56:56

这是一个有意义的探索!

期待看到你的实验结论

adminismk · 发表于 2022-1-2 01:13:17

那么我们拆掉一颗固态电容会怎么样？？答案是纹波增加，瞬态响应变差

此时纹波为13mV，瞬态纹波为48mV
增加了一点纹波，，但是无伤大雅
那么它的消失，对信号强度与速度会不会有影响呢？

拆掉了一颗固态电容之后，明显的看到无线信号强度下降了一点
此时信号强度为-27dbm，无线传输速度为280mbps
信号强度稍微下降了一点，但是对于无线速度的影响来说很小
距离保持不变，握持方式保持不变情况下测得

那么我们再拆掉两颗钽电容会怎么样？？？？？
信号强度进一步下降，无线传输速度也下降
此时信号强度为-33dbm，无线传输速度为219mbps

此时的纹波为12.8mV，瞬态响应纹波为69mV
你单看供电输出纹波，感觉差距并不大，，
但是真正的问题体现在瞬态响应的纹波上了
而且毛刺啥的相对与之前来说大了不少

adminismk · 发表于 2022-1-2 01:14:58

tulips 发表于 2022-1-2 00:56
这是一个有意义的探索!

期待看到你的实验结论

这么晚了，，还没有睡觉啊，，感谢支持！！！！！

adminismk · 发表于 2022-1-2 01:24:34

那么mlcc电容老化了之后，会不会影响呢？？
这里我选择拆掉一颗mlcc电容来模拟老化

拆掉之后，
此时的纹波大小为16.8mV，瞬态响应纹波居然为54.8mv
实在是不可思议啊，居然出现了变好的症状，，

信号强度为-39dbm，已经相对来说很差了，
无线传输速率是218mbps，也差不了多少
可能这就是极限了吧

aibpo · 发表于 2022-1-2 01:48:13

支持下，我也是一直在琢磨，无线路由时间用久了，性能下降，是什么原因所致，感觉不是电容的问题。

adminismk · 发表于 2022-1-2 01:56:14

本帖最后由 adminismk 于 2022-1-6 09:34 编辑

在老化之后，，是不是换电容就一定就会变好呢？？
答案是否定的，
为什么这么说？？？每种电容都有各自的特性，一般都是参考几点：种类，ESR，SRF，
不是说电解电容不好，而是不适合用在这种高频高速电路上
因为mlcc电容的Q值与ESR相对于其他电容来说都要好一些，
性能也相对于其他电容略好，ESR也小，，但是mlcc电容并不是神啊！！
它也是有寿命的，也是会老化的！！！
假设mlcc电容老化了且不更换，又换了其他的电容上去用会怎么样？？
——————————————————————————————————
而我现在用电解电容与固态电容来做一个对比测试
测试条件均为模拟老化后（拆掉一个mlcc电容）
电解电容容量为470uf，ESR为86毫欧，Q值为4.9，，，按1khz频率为准

纹波大小为12.4mV，略微减小了一点，
瞬态响应纹波为38mv，
相对于老化之前好了很多，
但是信号强度与速度会不会提升呢？？？

不！！！
信号强度为-34dbm，，无线速度却更低了！！！！
仅有182mbps！！！！
为什么？？？？
路径太长，ESR较大，Q值较低，D值变大，自谐振频率低，阻抗大，整体电源性能略差，
而且dcdc变换电路的频率一般都是几百khz的开关频率
这个电解电容在7.8khz的情况下，Q值变得非常低了，电容性能变差。。
虽然纹波与瞬态响应变好了，
但是不代表性能变好了，
dcdc电路整体性能一般靠是ESR，容量，自谐振频率，还有环路补偿来共同决定的
此时该电解电容的作用是储能，没有工作在自谐振频率范围内，所以滤波效果很差

那么换一颗固态电容上去会怎么样？？？？？？
固态电容相对于电解电容能提供更低的ESR
实测容量为590uf，内阻ESR仅为38毫欧
频率以1khz为准！！！
但是请注意Q值，，这么大的容量，，Q值为7.3是很厉害的了，，
固态电容比铝电解电容的整体性能要好不少
但是，也需要注意D值，D值越大，电容的性能也越差，在高频情况下滤波作用也越差

信号强度我忘记截屏了，，实际上差两个数，并不是很大差距
但是！！！！！！却降的更低了！！！
无线传输速度仅有157mbps
为什么？？？？
因为内阻实在是太小了！！！！
在高频的情况下，Q值还有2！！强于电解电容
但dcdc的输出先经过固态电容，不经过mlcc电容了
为啥？？？？？高频电流是优先走最小内阻的！！！

前文提到mlcc电容的Q值较高与ESR相对较低，且自谐振频率也较高
作用就体现在这了
Q值越高，电容的性能就越好，电容工作在自谐振频率内内阻降低，阻抗最小
相对于几百khz的开关频率也能轻松应付，，
但固态电容的Q值与自谐振频率并不如mlcc的高，且dcdc电路的频率一般是几百khz
在如此高频的情况下，Q值会变得更低，ESR确实小了，但是不管用，
因为电容没有工作在合适的谐振频率下，导致输出阻抗变大。滤波效果变差

此时的纹波为11.2mV，，瞬态响应纹波为34mV
数字电路属于高速电路，对于供电的要求很高
一般要求供电的内阻小，稳定，纹波小

圈内的路径，，便是电流流经路径
最短的路径是mlcc电容处！！！dcdc电源多用mlcc电容，因为mlcc电容的Q值高且ESR低
整体性能好与其他电容，且ESR相对较小
最短的路径阻抗最小，反应速度也快
但是为什么会预留一个电解电容位呢？？
因为mlcc电容的容量并不大，后端需要一个电容来储存能量
且ESR不宜过小，不然就是跟mlcc电容抢饭碗，效果反而更不好

附上mlcc电容的测量值，可以看到Q值很高，D值很小，整体性能好，ESR相对较小

为啥要并0.1uf？？
这就是答案，因为Q值高，D值小，性能更好

Q值是指品质因数，一般讨论电感Q值的比较多，电容其实也有Q值但一般不常用。
Q值对于电感和电容的定义是一样的，即每个周期内存储的能量与损失的能量之比。一般情况下，Q值越高越好—————————————————————————————————————————————————————————
具体原理：

在电容谐振点（SRF频率），电容的阻抗小。因此放电回路的阻抗最小，补充能量的效果也最好。但当频率超过谐振点时，放电回路的阻抗开始增加，电容提供电流能力便开始下降。

电容的容值越大，谐振频率越低，电容能有效补偿电流的频率范围也越小。从保证电容提供高频电流的能力的角度来说，电容越大越好的观点是错误的，一般的电路设计中都有一个参考值的。

参考链接：
http://www.czhchip.com/shopdetail/article/20120727-640010.html

https://blog.csdn.net/lanxiaoke123/article/details/82878638，，

http://www.elecfans.com/d/1530900.html

https://wenku.baidu.com/view/cfaa6ed676eeaeaad1f33059.html

https://www.szlcsc.com/info/13052.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/33931592

https://www.diangon.com/wenku/rd/dianrong/201612/00036543.html

adminismk · 发表于 2022-1-2 01:57:04

aibpo 发表于 2022-1-2 01:48
支持下，我也是一直在琢磨，无线路由时间用久了，性能下降，是什么原因所致，感觉不是电容的问题。 ...

那你来对地方了！！！！！！！！深夜高清大图直播！！！

adminismk · 发表于 2022-1-2 02:16:14

总结：换电容是有效的！
但前提是要更换全部的电容
包括mlcc电容与输入前端的电容，，；；我假定前端电容是OK的才有以上结论。。

推荐是mlcc电容并联一个钽电容
参数为0603_25V_10uf*2并0402_50V_0.1uf*2并10V330uf钽电容
——————————————————————————————
且后端的固态电容容量不宜过大！！
为什么？？？
因为内阻小啊！！！
高频电流优先走最小的地方，mlcc电容反而失去了滤波作用
而且内阻小了，还会引起纹波电流增大
会导致电感的磁饱和与控制芯片的误动作（过流保护）
————————————————————————————————

还有一个结论不知道对不对，那就是瞬态响应的响应时间变长了
这个响应时间大家可以对比一下，拆掉电容之后有所延长，
但我不太清楚是不是因为系统供电的偏差（没有对照组）
具体实际的整体性能需要进行瞬态响应度的分析，，
需要测量该电源的波特图来具体判断整体性能的优劣，，
但是很抱歉，我的示波器并不支持该功能，，
———————————————————————————————————
提醒一点：不要过度神话钽电容与固态电容，
虽然说能提升一点，但是成本要增加许多，反而得不偿失，
组合使用才能达到好效果，

最后，祝大家在新的一年里
身体健康，万事如意

实验升级，证明电容与路由器网速的具体关系：https://www.mydigit.cn/thread-296420-1-1.html

lemontreenm · 发表于 2022-1-2 02:37:57

我的K2换了电解电容，信号大涨，速度也快了大概10%。

北斗 · 发表于 2022-1-2 06:17:41

LZ辛苦。我想看看LZ换那一颗电容，信号能变好一些。
或者LZ换后再立即恢复，再测量一下信号情况？

hainanhaibei · 发表于 2022-1-2 07:46:18

大牛的人，大牛的帖子。

铃兰花匠 · 发表于 2022-1-2 07:53:44

论坛多出鬼才！！！

cwl1988212 · 发表于 2022-1-2 08:00:50

这个实验告诉我们，随着时间的老化，电容的影响还是很大的，谢谢分享好的经验。

liushinichi · 发表于 2022-1-2 08:29:33

本帖最后由 liushinichi 于 2022-1-2 08:35 编辑

学习了，楼主新年快乐

danqrs · 发表于 2022-1-2 08:45:34

0.1W功率，无线芯片电源放两个10uF陶瓷就足够了。。。

当然电源用固态肯定更好些，5kHz以上电容质量区别很大。。

邪恶海盗 · 发表于 2022-1-2 08:57:34

撸主是不是要提醒一下即使换了以后提升也很小???

adminismk · 发表于 2022-1-2 10:00:29

lemontreenm 发表于 2022-1-2 02:37
我的K2换了电解电容，信号大涨，速度也快了大概10%。

把mlcc电容也换了，，说不定还能更好一点

adminismk · 发表于 2022-1-2 10:00:53

邪恶海盗发表于 2022-1-2 08:57
撸主是不是要提醒一下即使换了以后提升也很小???

说得对，，提升不大

adminismk · 发表于 2022-1-2 10:02:39

本帖最后由 adminismk 于 2022-1-6 09:39 编辑

danqrs 发表于 2022-1-2 08:45
0.1W功率，无线芯片电源放两个10uF陶瓷就足够了。。。

当然电源用固态肯定更好些，5kHz以上电容质量区别很 ...

这可不对哦，，射频功放附近的电容是有严格要求的，因为射频的速度很快，不能用太大的电容，一般都是0.1uf到10pF的大小，为什么？？？因为SRF高啊！！！

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