Wi-Fi通信終端的研發(fā)與測(cè)試解決方案

1、    Wi-Fi通信終端的研發(fā)與測(cè)試解決方案        今日電子 時(shí)間:2008年08月18日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        ? 無線技術(shù)正滲透到生活的方方面面從手機(jī)到筆記本電腦、PDA、游戲控制器、數(shù)碼相機(jī)和手持GPS設(shè)備。大部分用戶

2、可能并不了解其使用的無線設(shè)備的復(fù)雜性和精密性。但是，設(shè)計(jì)人員和制造商卻非常清楚他們所設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的各種無線產(chǎn)品必須滿足嚴(yán)格的產(chǎn)品規(guī)范、越來越短的上市周期和低成本的要求。 ?測(cè)試系統(tǒng)需要分析DUT的發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)。因此，測(cè)試儀器和測(cè)試方案必須能夠快速捕捉和分析信號(hào)，輸出測(cè)試結(jié)果。然而，每一個(gè)產(chǎn)品研發(fā)和測(cè)試預(yù)算是有限的，這就要求系統(tǒng)的采購成本及其測(cè)試速度必須滿足無線產(chǎn)品的上市周期與成本要求，能夠幫助研發(fā)人員在數(shù)周內(nèi)而不是數(shù)月內(nèi)將原始的設(shè)計(jì)變成量產(chǎn)的產(chǎn)品。?2003年以來，這樣的系統(tǒng)已被應(yīng)用于Wi-Fi產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量控制。隨著時(shí)間的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的無線標(biāo)準(zhǔn)，包括WiMAX、藍(lán)牙、WiMedia

3、和ZigBee。下面來分析這些無線規(guī)范與測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)系。人機(jī)接口在設(shè)計(jì)新型無線設(shè)備的研發(fā)中，設(shè)計(jì)人員必須分析底層標(biāo)準(zhǔn)的各個(gè)方面。所有的無線規(guī)范都涉及射頻和調(diào)制技術(shù)，通常具有基帶和射頻調(diào)制兩大子系統(tǒng)。在研發(fā)過程中，這些子系統(tǒng)能分別進(jìn)行獨(dú)立的和綜合的測(cè)試分析是非常重要的，因此，需要一個(gè)測(cè)試儀器能夠分別發(fā)射和接收射頻及基帶信號(hào)。圖1 硬件接口盡可能保持簡(jiǎn)單射頻輸入/輸出、基帶輸入/輸出、外部觸發(fā)輸入/輸出? 這種面向系統(tǒng)的測(cè)試解決方案不需要像通用實(shí)驗(yàn)儀器那樣提供許多控制按鈕和開關(guān)，在面板上只有射頻與基帶輸入輸出端口（如圖1所示）。應(yīng)用基于PC的用戶圖形界面（GUI）軟件系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)卡接口，能

4、夠容易控制和操作測(cè)試系統(tǒng)。運(yùn)行于PC上的分析軟件大大降低了測(cè)試系統(tǒng)的成本，同時(shí)又保持了快速而全面的對(duì)信號(hào)捕捉和分析能力。?針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)，采用不同GUI界面的軟件（例如，其中一種用于Wi-Fi，另一種用于WiMAX），可以將各種標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的測(cè)試需求集成到軟件之中。例如，針對(duì)于用戶開發(fā)出某種符合802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的功率譜密度模板的Wi-Fi產(chǎn)品，這樣的測(cè)試軟件可以加快測(cè)試速度且減少測(cè)試錯(cuò)誤。?一旦某個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型，即便其中的元件處于最壞設(shè)計(jì)容差的情況下仍能通過測(cè)試，那么這就是一個(gè)好的生產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。但是，元件失效或者制造工藝偏差等問題仍可能造成產(chǎn)品失效，這個(gè)必須在裝箱運(yùn)送之前能夠檢測(cè)出來。

5、這樣的測(cè)試中，射頻和基帶系統(tǒng)已經(jīng)不需要進(jìn)行單獨(dú)的測(cè)試，這時(shí)所需要的是一套全面而快速的測(cè)試方案，用來挑出有質(zhì)量問題的產(chǎn)品。?在這種情況下，我們可以采用和研發(fā)相同的測(cè)試架構(gòu)，但取消了基帶輸入和輸出端口，簡(jiǎn)化了接口設(shè)計(jì)（如圖2所示）。儀器只需要射頻輸入和輸出兩個(gè)端口，測(cè)試軟件只需要在數(shù)秒內(nèi)快速得出“pass”或“fail”的測(cè)試結(jié)果。這種經(jīng)過簡(jiǎn)化的系統(tǒng)具有較低的采購成本，快速的測(cè)試速度也有利于降低總體測(cè)試成本。這對(duì)于產(chǎn)量大、價(jià)格便宜的無線產(chǎn)品來說是至關(guān)重要的目前，這樣面向制造測(cè)試的儀器已經(jīng)能夠涵蓋所有的需求。圖2 取消基帶和簡(jiǎn)化觸發(fā)接口使同樣硬件構(gòu)架平臺(tái)最終變成一個(gè)面向制造的低成本測(cè)試系統(tǒng)解決方案?

6、測(cè)試系統(tǒng)的硬件和軟件?測(cè)試儀器需要產(chǎn)生和分析基于正交調(diào)制（如IQ調(diào)制）的信號(hào)。?VSA（vector signal analyzer，矢量信號(hào)分析器）分析捕捉DUT發(fā)射信號(hào)，VSG（vector signal generator，矢量信號(hào)發(fā)生器）用于對(duì)DUT的靈敏度和對(duì)非理想信號(hào)的解調(diào)能力進(jìn)行測(cè)試（如圖3所示）。圖3 測(cè)試硬件包含VSA、VSG和內(nèi)部控制模塊（例如PC的功能），通過以太網(wǎng)與PC主機(jī)進(jìn)行通信VSA和VSG都可以通過PC軟件進(jìn)行控制，利用GUI界面可以控制信號(hào)的帶寬、功率、衰減等特性。對(duì)于VSA而言，GUI界面允許用戶選擇顯示內(nèi)容以及進(jìn)行顯示設(shè)置。例如，用戶可以在一個(gè)窗口查看頻譜、

7、功率譜密度圖和子載波星座圖。部分或所有視圖都可由用戶自由選擇，同步顯示信號(hào)的多個(gè)信息。?將其應(yīng)用于研發(fā)?毫無疑問，單芯片方案和參考設(shè)計(jì)已 經(jīng)大大簡(jiǎn)化了產(chǎn)品的研發(fā)過程。但在實(shí)際研發(fā)中，很難僅僅通過對(duì)參考設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單改動(dòng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還需要處理頻率穩(wěn)定性、頻譜密度、群延遲、相位不平衡和本地振蕩器泄漏等問題。然而，想要解決某個(gè)問題之前必須首先搞清楚問題本身。在這樣的情況下就是該系統(tǒng)測(cè)試方案起效的時(shí)候了，與其漫無目的地尋找各種參數(shù)微伏、毫安、毫瓦與頻率的關(guān)系，不如利用EVM測(cè)量和含有豐富信息的圖形來快速定位設(shè)計(jì)中存在的問題。圖4 GUI軟件提供了信息量豐富的圖形顯示以及菜單可選的視圖?典型情況下，如果頻

8、率恢復(fù)得快，那么很有可能是本地振蕩器受到牽引，但是當(dāng)其恢復(fù)較慢的時(shí)候，則可能是基準(zhǔn)晶振受到牽引。?這里以實(shí)例說明圖形化界面是如何幫助我們判斷受到牽引的是晶振還是LO的。?這里來看幾個(gè)不同的OFDM信號(hào)頻率誤差計(jì)算方法。頻率誤差預(yù)估參數(shù)的調(diào)整會(huì)對(duì)EVM結(jié)果產(chǎn)生影響。這些選項(xiàng)參數(shù)是根據(jù)短訓(xùn)練序列、長(zhǎng)訓(xùn)練序列以整個(gè)數(shù)據(jù)包來計(jì)算頻率誤差，如果EVM結(jié)果對(duì)頻率誤差預(yù)估方式的選擇非常敏感，那就表明系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性有問題最有可能出現(xiàn)在數(shù)據(jù)包的開頭。星座圖能夠提供很多相關(guān)信息用作設(shè)計(jì)參考，通過相位、增益和功率壓縮等信息能夠幫助我們縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期和DVT（device verification testing）階段所需的時(shí)間。?上左圖是一個(gè)理想的OFDM信號(hào)星座圖。上右圖給出了I/Q不平衡的情形（兩路基帶調(diào)制信號(hào)在上變頻之前幅度不一致，EVM變差）。給出了I/Q非理想正交的情形（兩路基帶信號(hào)在上變頻之前沒有實(shí)現(xiàn)完全正交，星座圖出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，EVM變差）。下右圖給出了幅值和相位同時(shí)失配的情形。?應(yīng)用于制造?如前所述，當(dāng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)入制造測(cè)試階段，通常會(huì)假設(shè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)等都沒有問題。很多失效問題都來源于制造而非設(shè)計(jì)缺陷。因此，軟件不需要提供設(shè)計(jì)過程中的測(cè)試細(xì)節(jié)。面向制造測(cè)試階段的軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)是簡(jiǎn)潔的GUI界面和快速的產(chǎn)品測(cè)試功能。?總結(jié)?本文介紹的系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)都是基于LitePoint公