多重通訊的挑戰與測試方案

現今的個(gè)人通訊產(chǎn)品都傾向“多重通訊”功能方向發(fā)展，多重通訊裝置意指單一裝置中具備多種射頻和連結方式，如在市場(chǎng)熱賣(mài)的“蘋(píng)果”品牌 iPhone或智能手機就具備藍牙 （Bluetooth）、無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)（WiFi）和蜂窩式移動(dòng)手機（cellular）等多種無(wú)線(xiàn)通訊功能，我們再看看今日的3代手機結合了藍牙、無(wú)線(xiàn)上 網(wǎng)、FM， GPS甚至更多的無(wú)線(xiàn)連結功能，但在多重通訊裝置的技術(shù)中存在著(zhù)更高的測試挑戰和困難。為確保質(zhì)量，每種無(wú)線(xiàn)通訊和連結方式都必須進(jìn)行適當的測試，但如以 傳統的對每種通訊方式進(jìn)行串行測試，生產(chǎn)成本必然非常高昂而最后直接影響產(chǎn)品價(jià)格和利潤，如何能確保產(chǎn)品質(zhì)量同時(shí)最少化測試時(shí)間和成本便成各廠(chǎng)商的挑戰。

　　在測試領(lǐng)域中，大部份的無(wú)線(xiàn)測試設備只針對一至兩種的無(wú)線(xiàn)通訊方式進(jìn)行測試，換言之，測試一部多重通訊裝置時(shí)則需在多個(gè)工位進(jìn)行不同種類(lèi)的連結測試， 當中每個(gè)工位可能須重新接線(xiàn)、加電、初始化等等工序，這樣便導致生產(chǎn)測試時(shí)間線(xiàn)性地增長(cháng)（如圖1），為達至生產(chǎn)量和速度，只可增加產(chǎn)線(xiàn)和測試設備；在這里 要強調的是總測試成本應該理解為測試設備成本結合上每件產(chǎn)品的測試時(shí)間成本，如圖1的生產(chǎn)模式，要減低測試時(shí)間成本就要增加測試設備成本。

　　當然，最理想的方案是單臺測試設備能夠具備多種無(wú)線(xiàn)通訊功能測試，更甚者，數項測試項目在同一測試設備能同時(shí)進(jìn)行，這樣就能大大地減少測試時(shí)間，而多重通訊測試系統的產(chǎn)生就能提供這種方案（圖 2）。

　　1 測試時(shí)間

　　測試時(shí)間實(shí)際上是由多個(gè)獨立的工序構成 – 產(chǎn)品運送、夾具裝卸、程式下載和實(shí)際的測試分析，減省任何一個(gè)工序的時(shí)間對總體測試時(shí)間都有重要的影響，舉例，假若能夠在單一工位單一夾具下處理所有種類(lèi) 的無(wú)線(xiàn)通訊測，那產(chǎn)品運送和夾具裝卸的時(shí)間就不需在每種無(wú)線(xiàn)通訊中重復從而減省很多時(shí)間，同樣的優(yōu)化慨念亦可用於測試分析上，最有效的優(yōu)化方案是如何實(shí)現 生產(chǎn)工序“并行化”以取代以往的流水式串行的工序。另外，再進(jìn)行優(yōu)化每種無(wú)線(xiàn)通訊的測試時(shí)間，舉例，假若GPS的全幀為30秒，而現在達至的測試時(shí)間為 33秒，那就意味著(zhù)當中有10%的改進(jìn)空間。

　　除此外，有一重要的理解，工程師需意識到整個(gè)優(yōu)化工程其實(shí)是數個(gè)重要環(huán)節的整合成果，其中包括多重通訊裝置結構設計 （Device’s Architecture），芯片的底層結構設計 （Underlying Chipset Architecture）， 軟件驅動(dòng)和編寫(xiě)測試軟件的靈考能力；所以，如能讓芯片商，產(chǎn)品參考設計公司和最終的多重通訊裝置工程師共同參與，相信有更大的空間為優(yōu)化生產(chǎn)測試進(jìn)行專(zhuān)門(mén) 設計的方案，使整個(gè)生產(chǎn)時(shí)間和成本有顯著(zhù)的減幅。

　　假如“多重通訊裝置”是未來(lái)一個(gè)主流產(chǎn)品和市場(chǎng)，相信很快會(huì )進(jìn)入量產(chǎn)和普遍應用，生產(chǎn)成本這個(gè)瓶頸問(wèn)題是必須面對和解決，而革命性的單臺式無(wú)線(xiàn)“多重通訊”測試系統就是要實(shí)現以上優(yōu)化工程的基礎。

　　2 單臺式無(wú)線(xiàn)測試系統

　　美國R特菠特科技（LitePoint）公司從2005年開(kāi)始一直是單臺式測試系統的先驅者，測試系統除包含矢量分析儀（VSA）和信號源（VSG） 外附有極友好使用的分析操作介面，讓用戶(hù)能對復雜的分析更快掌握和處理，在WiFi的測試工業(yè)中起了革命性的改變（圖3）。

　　在WiFi 單臺式測試系統能快速成為市場(chǎng)主流測試用具後，LitePoint 及其他公司亦相續推出針對WiMAX的單臺式測試系統及利用軟件技術(shù)在單臺硬件上擴展更多的應用如藍牙、ZigBee 等等。

　　單臺的多重通訊測試系統需把移動(dòng)手機、WiFi、藍牙，GPS和FM等測試功能結合起來(lái)，雖然某些種類(lèi)的通訊（WiFi和藍牙）是用相同的頻譜，而可 用同組的VSA和VSG子系統進(jìn)行測試，但無(wú)論如何針對不同的通訊，要達到并行測試目的，單臺式多重通訊測試系統必須內置多個(gè)VSA和VSG子系統再加上 內置開(kāi)關(guān)式測試式接口，使某些連接口可分享同一子系統，而某些連接口則定為作并行測試口。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，多個(gè)射頻子系統、不管是開(kāi)關(guān)式和專(zhuān)用等多個(gè)接口或 共享同一電源等的設計都是無(wú)形中建立了互相干擾的環(huán)境，舉例在并行測試中，由兩個(gè)矢量信號源 （VSGs）產(chǎn)生的兩個(gè)信號通過(guò)測試口到達被測品的天線(xiàn)接口，兩個(gè)信號可能在系統或被測品（DUT）內部產(chǎn)生串擾或其相干擾的問(wèn)題，當然如在被測品內部發(fā) 生問(wèn)題是用戶(hù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部要處理的工作，而多重通訊測試系統的設計工程師或公司必須確保選用專(zhuān)業(yè)高性能的器件和線(xiàn)路設計消除系統中VSG產(chǎn)生的互相干擾。

　　而共用電源系統亦可能產(chǎn)生干擾，因射頻信號可通過(guò)直流線(xiàn)路回傳電源系統而疊加於另一個(gè)VSG的信號上，如何使用濾波和線(xiàn)路設計隔絕射頻信號對直流線(xiàn)路的回流就成為工程師的另一個(gè)挑戰。

　　總括而言，最終目標是單臺式多重通訊測試系統在多個(gè)測試口進(jìn)行測試時(shí)所得的結果要跟單種通訊測試儀表組裝的系統結果一致甚至有更好表現。

　3 單臺式多重無(wú)線(xiàn)測試系統的誕生

　　LitePoint 早在去年推出的MIMO 測試系統 IQnxn Plus 時(shí)就已走上單臺式多重無(wú)線(xiàn)測試發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域中，此IQnxn Plus系統的測試能力覆蓋 WiFi 和 WiMAX MIMO 所應用到的頻段及多端口并行測試，由軟件定議測試那種通訊模式。

　　在開(kāi)發(fā)時(shí)，除了要決定整體系統架構、端口安排、并行測試處理，工程師更要好好解決剛才提及到由多個(gè)VSA 和 VSG 所產(chǎn)生的種種問(wèn)題，這些經(jīng)驗的累積成為實(shí)現真正單臺式多重通訊測試系統的重要基礎。

　　而另一個(gè)重要的基礎就是LitePoint在多種的通訊模式測試 WiFi， WiMAX， WiMedia， Bluetooth和GPS已有豐富的經(jīng)驗，而巧合地，除了WiMedia外，另外四種通訊模式WiFi， WiMAX， Bluetooth和GPS已被納入為智能手機和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)裝置的標準或短期的加增功能列表中。

　　今年萊特菠特科技（LitePoint）推出首款多重通訊（Multicom）裝置測試系統型號為IQ2010（圖4），此系統的硬件將具備6種通訊 模式： WiFi， Bluetooth， GPS， FM， WiMAX和NFC，用戶(hù)可透過(guò)軟件授權的方式就能啟用各種通訊模式。使用者可視其所需購買(mǎi)這些授權方案，且在現場(chǎng)就能啟動(dòng)增購的功能。

　　IQ2010 的操作是通過(guò)USB與電腦連結，利用提供的操作介面，可輕易控制系統進(jìn)行測試，而系統包含三個(gè)并行測試的子系統，第一個(gè)為GPS任意波形發(fā)生器 arbitrary waveform generator （AWG）提供GPS所需的信號，其頻率為1.57542 GHz L1。

　　在GPS測試同時(shí)可啟用FM子系統，后者是一個(gè)FM 任意波形發(fā)生器和FM矢量分析儀 VSA，頻段覆蓋為 76 至 108MHz。

　　第三個(gè)并行子系統用於測量WiFi， WiMAX， Bluetooth 和NFC，由於前三種通訊 （WiFi， WiMAX和Bluetooth）頻率重疊故不能作并行測試，WiFi 發(fā)射和接收測試可用RF1和RF2接口（I和Q）而頻段為 2.15 至 2.7GHz 和 4.9 至 6GHz，WiMAX 亦一樣但頻段為 2.15 至 2.7GHz， 3.3 至 3.8GHz 和 4.9 至 6GHz，Bluetooth 則在 2.4 至 2.5GHz 頻段。

　　NFC 用 BNC頭連結并利用內置開(kāi)關(guān)繞過(guò)本振（LO）和混頻部份使覆蓋從直流 （DC） 至35MHz；而內置前端轉換裝置讓信號源和分析儀互相切換於RF1和RF2接口，例如 RF1進(jìn)行WiFi發(fā)射而RF2進(jìn)行WiFi 接收。

　　以上的系統結構可讓3種通訊如對WiFi， GPS和FM進(jìn)行并行測試，以最為普遍智能手機的功能WiFi， Bluetooth， GPS和FM作例子，配含適宜的生產(chǎn)軟件，IQ2010可在WiFi和Bluetooth作串行測試時(shí)同時(shí)對GPS和FM作并行測試，這樣可減少一半的測 試時(shí)間 （由100秒以上減至40秒內），如圖2所示。

　　4 序列測試（sequence-based testing）功能

　　并行測試是最有效減少整體測試時(shí)間的方案，用家可自行組裝多臺單模式通訊儀表來(lái)實(shí)現或選用單臺多重通訊測試系統如IQ2010。 另外亦有一些方法可改進(jìn)測試時(shí)間，在測試中的信號其實(shí)包含一連串不停在功率和調制變化中的數據包，用戶(hù)可利用ACK 信號的特點(diǎn)從而減少對被測品（DUT）傳送指令的次數變相地節省測試時(shí)間。

　　舉例，在誤碼率測試中，一般會(huì )發(fā)1000個(gè)數據包，然后看有多少個(gè)誤包出現，測試軟件中可能需要在每個(gè)包后發(fā)出要求發(fā)下一個(gè)包的指令如 “send the next one”，這樣處理就需要傳送多次指令。假如能得到芯片商的配合，讓DUT在收到一個(gè)無(wú)誤包時(shí)回傳一個(gè)ACK信號，沒(méi)有ACK信號回傳就代表是一個(gè)誤包， 這樣用一指令連續發(fā)送1000個(gè)包，測試儀可跟據收到多少 ACK信號計算出誤包率，當中大量減少DUT和儀表的指令傳送時(shí)間。

　　5 用戶(hù)介面

　　而另一個(gè)LitePoint工程師要考慮的因素就是用戶(hù)的使用慣性，試想如采用多臺單模式的系統，要熟悉和應用多個(gè)不同介面就是一個(gè)煩事，更別說(shuō)要組 裝、協(xié)調和有效地使用在多重通訊裝置上，故在用戶(hù)介面的設計上，IQ2010在多個(gè)不同的通訊模式都用上相近的版面（圖5），相同的操作鍵亦盡量安排在同 一位置，用戶(hù)只需熟悉一個(gè)通訊模式的操作介面，對其他模式的操作就不會(huì )感到復雜難用。

　　6 總結

　　不管今日或將來(lái)的個(gè)人通訊裝備都會(huì )具備多重無(wú)線(xiàn)通訊模式，如果沒(méi)有創(chuàng )新的測試方案，每多一種通訊模式都會(huì )線(xiàn)性地增加生產(chǎn)成本和時(shí)間，在消費電子市場(chǎng) 中，功能的增添是在劇烈競爭中的必然工具和發(fā)展，但價(jià)格卻又要保持競爭力，面對兩難處境，IQ2010在并行測試 （Concurrent Testing） 和 序列y（sequence-based testing）的創(chuàng )新設計卻讓生產(chǎn)時(shí)間降低，解決了生產(chǎn)成本的瓶頸問(wèn)題。