大幅加速流程的無(wú)線(xiàn)測試新方案盤(pán)點(diǎn)

隨著(zhù)頻率逐漸攀升到新的高度，無(wú)線(xiàn)和射頻測試的復雜度和成本也在不斷增加。事實(shí)上，目前千兆赫級頻率已相當司空見(jiàn)慣了。簡(jiǎn)單的AM和FM/PM已被淘汰，為更復雜的數字調制方法所取代。

二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)，正交相移鍵控(QPSK)以及正交幅度調制(QAM)都是目前的常用標準。手機還廣泛采用了擴頻(CDMA)技術(shù)。而同時(shí)，其它一些更先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)方法則開(kāi)始采用正交頻分復用(OFDM)。

此外，軟件定義無(wú)線(xiàn)電(SDR)和認知無(wú)線(xiàn)電(CR)、時(shí)隙復用協(xié)議、雷達之類(lèi)的突發(fā)傳輸、調頻、超寬帶(UWB)等帶寬技術(shù)，以及自適應調制等等專(zhuān)業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)，使測試流程愈加復雜化，這給設計人員或測試工程師帶來(lái)了新的挑戰。

不僅止于此，測試速度也變得前所未有的重要。但現在在工程中仍然是上市時(shí)間主宰一切，而測試沒(méi)有增加任何價(jià)值。它只是一種為確保產(chǎn)品正常工作并符合相關(guān)指南所產(chǎn)生的成本。制造測試花費的時(shí)間越長(cháng)，成本就越高，利潤就越低。

對手機像這樣的大批量商品市場(chǎng)而言，這是很?chē)揽岬默F實(shí)。僅僅今年生產(chǎn)的新電話(huà)就超過(guò)了10億部，試想一下測試所花的時(shí)間！有制造商指出，若把一項測試的時(shí)間減少10ms，每次生產(chǎn)運轉就可以節省100萬(wàn)美元。

盡管如此，在這方面還真有一些鼓舞人心的好消息?？偸钦驹诩夹g(shù)最前沿的測試設備制造商認識到了這個(gè)問(wèn)題并開(kāi)發(fā)出了一些很棒的解決方案，可以簡(jiǎn)化且大幅度加速測試流程。雖然代價(jià)是必須做出適當的折衷取舍，但頗為值得，畢竟時(shí)間就是金錢(qián)。

常用測試

在規劃無(wú)線(xiàn)測試時(shí)，應該確保所采用技術(shù)的標準給出了需要測量的主要參數。不論該標準是國際標準組織還是認證產(chǎn)品的業(yè)界聯(lián)盟所制定，你都必須獲取標準文檔，并了解其所有繁瑣的細節。在其中你將找到必需進(jìn)行的特殊測試極其所需設備。

切記兩個(gè)事實(shí)。首先，射頻測量是針對功率而非電壓的。儀表和顯示系統的讀數常常直接以功率單位給出，有時(shí)又采用dBm的形式(即dB值是以1mW為參考值的)。表1顯示了有效功率和dBm之間的關(guān)系。由于所有情況中的目標都是致力于實(shí)現最大的功率輸送，故電路內和測試儀器與被測器件之間的正確的阻抗匹配是至為關(guān)鍵的。大多數RF測量都采用50Ω的特性阻抗。

其次，傳輸線(xiàn)至關(guān)重要。其不是同軸電纜，就是帶狀線(xiàn)或微帶線(xiàn)，阻抗是關(guān)鍵。標準特性阻抗為50Ω，所有的阻抗都應該匹配最大功率輸送。此外，阻抗還應該匹配最小的反射和高的電壓駐波比(VSWR)，以避免效率低下和電路損壞。

一般而言，射頻測試分為兩類(lèi)：一類(lèi)針對發(fā)射器(TX)，另一類(lèi)針對接收器(RX)。下面給出了部分主要測試，此外還有許多其它的特殊測試。業(yè)界各個(gè)公司都一直在致力于開(kāi)發(fā)新的測試，不斷豐富測試類(lèi)型(參見(jiàn)www.electronicdesign.com, Drill Deeper 17102，“Six New Measurements You're Going To Need”一文)。

發(fā)射器測試

輸出功率：

最重要的測試是末級功率放大器(PA)的功率輸出。利用頻譜分析儀或向量信號分析儀可以獲得良好的測量結果，但大多數情況都要求更高的測量精度，這就需要射頻功率計。射頻功率計可以提供所需的精度以確保滿(mǎn)足任何標準或規范。

兩個(gè)常見(jiàn)的功率測量是平均功率和峰值功率，具體選擇哪一個(gè)取決于所采用的調制方法是什么類(lèi)型。某些應用中，更復雜的是門(mén)控或時(shí)控功率測量的要求。比如，采用TDMA技術(shù)的GSM手機標準要求在分配的524.6-μs時(shí)隙內測量射頻突發(fā)信號。脈沖射頻應用的另一個(gè)例子是雷達，其具有非常狹窄的脈沖和隨機且間或的編碼格式。

對于CDMA，將測量平均功率，因為信號類(lèi)似于隨機或白色噪聲。在必須同時(shí)處理多個(gè)信號的CDMA PA中，信號(盡管是隨機的)可以累加在一起產(chǎn)生高至信號的10到30倍的峰值功率。這類(lèi)放大器中的一個(gè)主要測量參數是振幅因子(crest factor)，又稱(chēng)峰均比(peak-to-average ratio)它可以是功率比或電壓比。某些射頻功率計可以測量和計算振幅因子。

另一個(gè)主要測量參數是PA的1-dB壓縮點(diǎn)。PA的輸出功率隨輸入功率的增加而線(xiàn)性增加，直到某個(gè)點(diǎn)。在某些功率級，輸出將飽和，這意味著(zhù)輸出功率達到最高值，并基本保持恒定，不再隨輸入功率的增加而變化(圖1)。1-dB壓縮點(diǎn)是指輸出功率比其線(xiàn)性輸出級低1dB時(shí)的點(diǎn)。

當然，放大器進(jìn)入飽和級狀態(tài)會(huì )增加其壓力。更糟糕的是，由于互調失真(Intermodulation Distortion,IMD)效應，非線(xiàn)性響應會(huì )產(chǎn)生諧波和偽信號?？梢岳妙l譜分析儀測量諧波和偽信號。

三階截取(TOI):

IMD也是一項常見(jiàn)測試，用以測量放大器中的非線(xiàn)性量。把兩個(gè)測試信號加載在放大器上，對輸出進(jìn)行測量。f1和f2兩個(gè)基頻信號混合，產(chǎn)生信號和與信號差，以及更高階的產(chǎn)物。信號和與信號差因為是二階產(chǎn)物，通常很易于濾除。但所謂的三階產(chǎn)物，即2f1 - f2與2f2 - f1，卻很難濾除，因為它們與兩個(gè)原始信號非常接近(圖2)。

這些三階產(chǎn)物可以通過(guò)確定TOI來(lái)測得。該測試也被稱(chēng)為IP3或IM3，可間接測得TOI的幅度。在圖1所示的輸出功率與輸入功率的關(guān)系圖中，主曲線(xiàn)的斜率是一。根據定義非線(xiàn)性度的三角式的數學(xué)特性，TOI產(chǎn)物的曲線(xiàn)斜率為三。

需注意，該曲線(xiàn)與主要線(xiàn)性圖的交叉點(diǎn)位于放大器的壓縮點(diǎn)之上。這是因為無(wú)法直接測量TOI。線(xiàn)性圖和TOI之間的差距越大，失真越少，互調產(chǎn)物越小。TOI測試也用于接收器。

誤差向量幅度(EVM):

EVM是對調制質(zhì)量的測量。它表示發(fā)射信號與理想信號的接近程度。由于大多數調制方法都采用信號為同相(I)和正交(Q)格式的數字技術(shù)(BPSK、QPSK、QAM、8PSK等)，故輸出可用星座圖來(lái)表示(圖3)。