正確的無(wú)線(xiàn)電設計測試

現今的Bluetooth無(wú)線(xiàn)電設計?裼昧艘恍┫低辰峁梗?郵褂美啾鵲鞅淶拇??F系統，到數位IQ調變器/解調器配置不等。不論設計的配置為何，在開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程中都必須設法解決下列幾個(gè)問(wèn)題：

• 全球的法規需求

• Bluetooth技術(shù)認證

• 簡(jiǎn)單、高良率的制造與測試

• 與其他廠(chǎng)商的設計達到完美的相互操作性，他們的設計當中有些可能僅勉強符合Bluetooth規格而已

在以下的篇幅中，我們將檢視設計的一些不同特性、研發(fā)測試的意涵、以及可讓開(kāi)發(fā)工作變得更容易的工具。接著(zhù)，我們會(huì )說(shuō)明如何執行這些量測，并討論可預期的一些量測價(jià)值。

Bluetooth RF技術(shù) – 概要

Bluetooth裝置會(huì )在2.402到2.48 GHz的ISM頻帶內操作，通常是在79個(gè)通道上。它們利用一種名為0.5BT GFSK（高斯移頻鍵控）的數位調頻技術(shù)來(lái)互相進(jìn)行通訊。這表示載波會(huì )以每秒100萬(wàn)個(gè)符號（或位元）的速率上移157 kHz，以代表 ’1’，或下移以代表 ’0’。’0.5’ 將–3 dB的資料濾波器頻寬限定為500 kHz，藉此為?子玫?F頻譜設下限制。

兩個(gè)裝置間的通訊屬于分時(shí)雙工（TDD），意思是發(fā)射器和接收器依次在不同的時(shí)槽交替進(jìn)行傳輸。此外，還使用高達1600 hops/s的超快跳頻模式，來(lái)提高可能顯得擁擠的頻帶內的鏈路之可靠度。如果最近的U.S. FCC規定預期頻帶的用量幾乎確定會(huì )增加，那么可靠度就很重要了。

圖1. Bluetooth RF功率波封與VCO頻率時(shí)序

圖1顯示在625µs的時(shí)槽中，傳送和接收一個(gè)366µsDH1封包的可能時(shí)序。在下方軌跡可以看到安定時(shí)間間隔。在這個(gè)間隔中，裝置必須跳至下一個(gè)通道頻率，而電壓控制振?器（VCO）必須及時(shí)安定，以便發(fā)射或接收封包資料。請注意，封包的開(kāi)頭與RF叢發(fā)的上升緣并沒(méi)有直接的相關(guān)，這可以從代表可能的替代上升緣之虛線(xiàn)看出來(lái)。叢發(fā)的上升緣也與時(shí)槽的開(kāi)頭無(wú)關(guān)。

所有的封包資料都傳送出去之后，設計可能會(huì )立刻降低功率，或等到接近時(shí)槽末端才降低功率。

圖2. 直接調頻的VCO，類(lèi)比?頻器

圖2所示的Bluetooth范例中的接收器?丫種皇褂靡桓魷倫??。；?嬌槭遣煌?杓浦惺÷曰蚪換渙慵?牟糠藎?Ｏ裾庋?納杓浦換崾褂靡桓霰鏡卣癖U器。輸出的頻率會(huì )提高一倍，而且會(huì )在接收與發(fā)射功能間切換。使用FSK可以對VCO進(jìn)行簡(jiǎn)單的直接調變?；l資料會(huì )通過(guò)高斯濾波器，并在固定的時(shí)序延遲及沒(méi)有過(guò)擊的情況下進(jìn)行特性分析。脈波僅應用于發(fā)射器。使用sample-and-hold電路或相位調變器，可以防止鎖相?路（PLL）去除頻寬內的相位調變。中頻通常會(huì )非常高，故可限制濾波器元件的實(shí)體大小，并確保IF頻率距離LO頻率夠遠，以達到滿(mǎn)意的影像斥拒。

當位準夠高而能過(guò)載接收器的輸入時(shí)，可以使用天線(xiàn)交換。

功率–T- 輸出放大器是一個(gè)選項，使用它可以提高Class 1（+20 dBm）輸出版本所需的功率。位準準確度的規格并不嚴苛，但必須小心避免產(chǎn)生過(guò)多的功率輸出，并確保電池不會(huì )發(fā)生非必要的消耗。

不論設計提供+20 dBm或較小的值，接收器都必須準備好提供接收信號強度指標（RSSI）資訊，以使不同功率等級的裝置可以相互操作。設計中像這樣的功率上下變換現象，可以藉由控制放大器的偏壓電流輕易地達到。

有別于DECT或GSM等TDMA系統，Bluetooth頻譜測試并不會(huì )被閘控，以區隔功率控制和調變錯誤。量測間隔必須夠長(cháng)，才能擷取上下變換與調變所造成的效應。實(shí)際上，這可能不會(huì )造成認證問(wèn)題，但時(shí)閘量測可能會(huì )因為具備迅速找出瑕疵的能力而變得非常重要。

如圖3所示，有一些設計會(huì )在調變開(kāi)始之前，利用非指定的?期來(lái)準備接收器。在此范例中，既不會(huì )發(fā)射1，也不會(huì )發(fā)射0。

圖3. 在FM前所應用的功率

頻率錯誤 – Bluetooth規格中的所有頻率量測，都有賴(lài)于4µs或10µs的短閘?期，這會(huì )造成結果的差異，我們可以透過(guò)幾種方式來(lái)理解。第一，較窄的時(shí)窗代表量測頻寬的截止頻率較高，因此會(huì )在量測中包含各種雜訊結構。第二種方法是考慮錯誤結構，例如量測裝置的量化錯誤或振?器旁帶雜訊，它們在短?期中產(chǎn)生的比例會(huì )高過(guò)于較長(cháng)的量測間隔，因為在后一種情況中，這些錯誤往往會(huì )被平均掉。除了晶體參考所造成的靜態(tài)錯誤之外，在設計限制中還必須考慮到這項事實(shí)。

頻率漂移 – 漂移量測將短期、10位元的相鄰資料組，與長(cháng)期的跨叢發(fā)漂移結果結合在一起。如果在發(fā)射器中使用sample-and-hold設計，則此設計所造成的錯誤可能會(huì )很明顯。在其他的設計中，從4到100 kHz的多余調變成份或雜訊，可以視同圖形中的漣波。這證實(shí)是確認電源供應器已經(jīng)充分去耦的另一種方法。

調變 – 在發(fā)射器路徑中，圖2所示的VCO?裰苯擁鞅淶姆絞?。?苊?LL去除頻寬內的調變成份，可以在傳輸時(shí)將它開(kāi)啟，或使用相位錯誤更正（兩點(diǎn)調變）。sample-and-hold技術(shù)可能是有效的，但必須注意避免頻率漂移。除非使用數位技術(shù)來(lái)調整合成器的除頻比，否則就應校驗相位調變器，以避免不同資料碼型的調變響應缺乏平坦度。圖4顯示用于認證測試的典型調變模式。