基于PXI总线的射频仪器在手射频校准和特征参数测试中的应用



  面临越来越复杂的环境,一边是多种频段和多制式的挑战,一边是生产测试速度的压力,同时还面临测试成本的压力。确定手机测试的合适的深度和广度是比较复杂的,它需要我们随着生产线的变化,产品本身的成熟度的提升不断寻找平衡点。射频校准在整个生产流程中,它是一个增加产品价值的步骤,它的测试要求直接与产品的设计有关。

  这里的生产测试不包括PCB印刷电路板)生产,当PCB投入到手机组装线上时,生产测试流程开始,由此手机将经历5个操作步骤:

  下载固件比较花费时间,特别是固件程式比较大的时候。然而这个过程有另外的含义,它可以通过下载来验证很多的数字电路和数字的好坏。在固件下载安装完成后, 手机会进行射频校准测试•,校准的作用就是不停调整手机某些参数(如增益值,频点线性补偿值等)来使射频特征达到要求的目标,然后把这些调整点的值写入手机相应的EPROM位置。射频特征测试在校准测试完成后验证校准的效果,尽管这两个流程是独立的•,但是他们通常共用一个测试站。在这个阶段我们可以看到测试的复杂性,因为手机通常是多模和多频段的,这时候测试系统的设计变得尤为重要。最基本的要求是:能适应不同的收发系统来调整电平线性度和在各个频段的频率响应。有些情况下,手机有两个独立的收发机需要调整,同时固件需要支持测试模式来直接通过射频线连接而非空中信令借口。

  需要的测试项目会非常的庞大•, 一般来说一个手机需要在每一个功率等级,在各个频段的不同频率点重复进行调整。调整过程需要两个步骤, 首先找到误差所在,然后进行修正并验证修正后的效果。发射机可以在调制模式和非调制模式下进行校准,例如对TDMA系统•, 我们一般对发射机的突发脉冲进行校准,针对相应的脉冲波型,测试工具需要在大的动态范围内非常快而且准确地测量功率。图1是基于PXI的射频信号分析仪测试流程,PXI的数据传输和触发响应速度要大大高于传统仪表,可以替代频谱仪,功率计•,综合测试仪测量发射机射频特征。

  接收机校准在精确的稳幅射频信号的激励下进行,信号可以是连续波或者调制波,频率可以设在所调频率的中心或者某一偏移处。接收机进行内部的RSSI (接受信号强度指示) 测量,测量通常改变30个不同的输入电平分别测量•。在每一个输入电平下,相对应不同设定好的增益调整值,RSSI值从手机端被内部读取。接收机噪声测量可以在没有任何信号输入的状态下进行。信号源的电平范围会超过100dB,最大电平会超过0dBm以补偿测试系统与待测物之间的线损。

  校准点的数量因不同的手机方案和制造商而定。接收机校准测试的时间跟接收机的特性有很大关系,比如改变电平和频率后读取RSSI所需要的稳定时间。电平和频率切换后的延时时间对于接收机非常重要,但是信号源本身电平和频率稳定时间也是不可忽视的,如果测试点非常多的话,针对信号源切换的稳定延时时间也是非常可观的。接收机校准可以用信号源或者射频综测仪。电平精度,电平重复性,稳定性,稳定时间都是非常重要的。如果电平和频率切换是必须的,那么切换的可靠性是关键的因素。

  在收发机校准完成后, 在有限的测量点的范围内,通常要对整个收发机的射频特征参数进行验证。对发射机特征参数验证包括:功率,调制误差(可以用相位误差或EVM的形式来表示),频率误差(测量调制信号的频率是比较复杂的,需要现对调制信号进行解调,这样计算出来的频率误差是最准确的)。另外,一些通常的频谱测试也是必须的,例如ACP邻道功率和射频输出频谱。

  接收机特征参数最多关注的接收灵敏度。在模拟系统中测的是SINAD,数字系统中通常测的是BER•。BER 测试比较复杂,有很多方法来实现。 在GSM系统中, 接收机可以接收指令把它收到的数据通过发射机发回去,这被称为回环模式(Loopback)。回环可以在接收路径链中的不同位置被执行,如果数据未经任何处理被回环,那么只有BER可以被测量,但是测量速度会非常快••。如果数据回环前经过解码,那么除了BER还有MER和FER可以被测量,这样就可以测量接收机纠正错误数据的能力。MER和FER可以表示这种纠错能力。

  内部BER测量是另外一种比较流行的BER测量方法,测量由手机固件内部的代码进行,这增加了固件的复杂度,也增加了固件程序代码的长度。也有人采用另外一种方案,那就是把未处理的符号数据由串口输出进行离线BER计算。

  BER测量实际上测量的是接收机的射频和基带整体工作性能。在某些场合可以应用接收机低灵敏度测试,通过单音或多音干扰信号用于测量接收机保持良好接受性能的能力。从它本身来说, BER 是一种统计测量方法•,要使它精确必须采集足够多的样本符号数据,但也不能有冗余的数据,设定合理的样本数据是非常有必要的••。接收机和发射同时测量是可能的,同时进行接收和发射校准可以提升速度•。更进一步的是, 在某些TDMA系统中可以支持多时隙发射,比如在一个帧内有7个时隙,可以在7个时隙用不同的用不同的功率等级来发射。

  随着手机设计技术的发展,非信令测试逐渐成为生产测试的主流。越来越多的手机芯片厂商在测试模式下提供非信令的测试方法。同样的测试项目,非信令模式可以比信令模式快上3~7倍•。

  传统的射频特征验证采用综测仪的信令模式,信令模式下的测试的速度很大程度上取决于系统协议。使用空中接口来控制手机成了测试速度上的瓶颈,由于这个原因,越来越多的生产线在最终组装前以非信令模式进行手机射频特征参数的验证测试,而在组装后最终测试时只进行功能检查•。这样就能在快速地在手机组装前定位射频缺陷•。

  功率测量的工具通常是功率计,但频谱仪和射频综测仪目前被广泛的使用。 功率计的优点是功率测量精度比较高。但如果测试系统保持经常性地校准和维护•,这个优点变得并不明显。而功率计的缺点是用途比较单一,需要更多额外的测试设备,而且带来测试夹具的复杂性。更为重要的是, 单独测量功率意味着别的校准测量例如IQ调制校准必须等待,造成许多测量串行进行•。而频谱仪和射频综测仪就不存在这个问题,很多的测量可以在相同的信号样本数据下同时进行。

  通用的频谱仪在零频宽(zero span)模式下测量功率会比较快,这种模式下频谱仪可以看作是调谐接收机。 功率测量会通过一个滤波器进行,滤波器带宽可以由系统定义。 频谱仪的模拟滤波器会引入很大的带内带外开关频谱误差,当然预先判断的话•, 这些误差可以作一定的修正。频谱仪比功率计有着更大的动态范围•,但是通常只有在参考电平处才有比较好的电平精度,这样的话通常要在测量中加入不少的延时来确保电平准确度,要么你只有接受这些带有很大不确定性的测量结果。频谱仪的电平线性度可以被特征化,但这也增加了测试系统软件的复杂度。

  射频综测仪在零频宽测量上与频谱仪十分相似,当然局限性也相同。优点是它能在流程的最后在信令模式下进行许多功能测试,尽管很少有在校准和射频特征验证流程中通过的手机在此测试不通过的。

  基于PXI总线的射频仪器非常适合手机的射频校准和特征参数测试•。虽然基于GPIB总线的仪表可以达到同样的目的,但它们从最初设计的开始就更多的为研发部门考虑•,包括测试功能,操作面板•,测量方法等等,很多设计对于工厂大规模生产是不适合的,你会发现有很多冗余的部分没有必要•,而又有很多你想要的部分却没有。低成本的PXI模块化仪表给了你另外一种选择,你可以完全根据你想要的功能和指标来购买仪表。基于PXI的射频信号源能产生高质量的调制和连续波载波信号来替代昂贵的通用射频信号源•,而它的射频指标如电平精度和重复性都能满足你的生产测试要求。

  使用工业标准化的软件驱动可以把PXI模块轻松地集成进入你的测试系统。基于PXI的信号分析仪可以分析发射机的射频特征参数,能够替代功率计•,频谱仪和综测仪。PXI信号分析仪把射频信号转化为数字中频,对中频采样后的得到IQ数据通过PXI总线传送到PC,在PC端结合各种测量库软件可以分析各种射频参数,如功率,频率,频谱,调制精度等等。这种测试的方法比传统的仪表更快速和高效。

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