利用先進(jìn)的校準測試方法降低移動(dòng)設備的成本

利用先進(jìn)的校準測試方法降低移動(dòng)設備的成本

如今消費者利用10年前連聽(tīng)都沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)的各種方式使用移動(dòng)設備已是很平常的事情了。無(wú)論是在他們喜愛(ài)的咖啡館瀏覽網(wǎng)頁(yè)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)耳機聽(tīng)立體聲音樂(lè )，或者是在橫跨泛太平洋到中國后下載大容量文件，對所有這些先進(jìn)功能的需求都給移動(dòng)設備OEM廠(chǎng)商增添了不小壓力。

這些額外的功能一方面意味著(zhù)需要添加額外的頻段，另一方面還意味著(zhù)將增加成本。為了保持已經(jīng)很薄的利潤空間，這些成本將轉嫁到消費者身上。然而，轉到消費者身上的成本也必須得到控制以便能夠在價(jià)格競爭日趨激烈的市場(chǎng)上具有有效的競爭力。既增加功能又要具有競爭力，OEM廠(chǎng)商的唯一方案就是在產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)中實(shí)現積極的變革。

移動(dòng)設備的成本除市場(chǎng)成本外主要包括材料(BOM)、裝配和測試。隨著(zhù)功能增加，導致元器件數量增加，BOM和裝配成本似乎也將增加。通過(guò)將多功能集成到單芯片或模組中可以降低BOM成本，但這還要取決于芯片提供商的技術(shù)開(kāi)發(fā)水平，一般來(lái)說(shuō)OEM廠(chǎng)商是無(wú)法控制的。裝配成本可以通過(guò)低勞動(dòng)成本和高自動(dòng)化生產(chǎn)水平來(lái)降低，不過(guò)這些可能都已經(jīng)整合到OEM產(chǎn)生的制造流程中了。

剩下來(lái)的就是測試了。由于測試的基本目的是確保設備質(zhì)量，故必須非常小心，以便降低測試成本的同時(shí)不會(huì )降低產(chǎn)品的質(zhì)量。

測試成本和時(shí)間相結合

廠(chǎng)商的測試成本包括操作員、夾具和測試設備本身成本，還有標準夾具無(wú)法提供而又必需的輔助連接產(chǎn)品(touches)方面所需的勞動(dòng)力成本。移動(dòng)設備的測試成本將隨著(zhù)測試時(shí)間正比例變化。能夠成功地減少測試時(shí)間的廠(chǎng)商將能夠有效地降低成本。

測試時(shí)間通常與設備多用頻段和模式的數量成正比。假定其他所有都一樣，一個(gè)4頻段的GSM手機的測試時(shí)間將大致為單頻段手機的4倍。一個(gè)雙模4頻段/3頻W-CDMA手機的測試時(shí)間將大約為單頻W-CDMA手機的7倍。隨著(zhù)藍牙，WLAN，甚至更多的全球頻段被整合到RF和基帶處理器中，測試時(shí)間只能增加，除非改變生產(chǎn)工藝。

傳統測試與現代測試

在80、90年代，移動(dòng)設備的功能測試靠的是呼叫測試。測試中呼叫處理所需的時(shí)間在總測試時(shí)間中占據著(zhù)很大部分。例如，對于每次呼叫來(lái)說(shuō)，在測試之前CDMA移動(dòng)設備的注冊和呼叫建立就需要30秒以上的時(shí)間。

除了基于呼叫的功能測試時(shí)間代價(jià)外，由于測試設備內部的處理能力的限制，也意味著(zhù)在校準和功能測試階段中無(wú)法同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和接收測試。假定接收測試為10秒，而發(fā)射測試為4秒，該串行測試也會(huì )比并行測試多出40%的時(shí)間。

起初，環(huán)回比特誤差率(BER)測量目的是確定設備接收機功能是否正常。由于BER實(shí)質(zhì)上采用的是統計方法，故需要發(fā)出大量的比特并進(jìn)行測量。對如此多的比特進(jìn)行測試等效于大量的測試時(shí)間，從而增加了額外的測試成本。先進(jìn)的減少時(shí)間的測試策略包括：

* 采用接收/發(fā)射并行測試

* 省去功能測試階段中的呼叫

* 利用新的基于C/N的接收機測量來(lái)取代BER測量

* 采用快速校準模式

上述所有策略都要求在移動(dòng)設備芯片中存在非標準測試模式。芯片中所實(shí)現的測試模式效率將實(shí)際影響OEM廠(chǎng)商工廠(chǎng)所需的投資。故采用較貴并具有較好校準和測試模式的芯片的產(chǎn)品設計在后續的制造階段將有效地節省成本。

制造測試流程

在傳統手機設備制造過(guò)程的開(kāi)始階段，進(jìn)入生產(chǎn)線(xiàn)的是裸板(PCB)，然后機器手將元器件和焊膏放置到電路板上，然后進(jìn)行回流焊(對于反面重復上述流程)，其后是校準裝配好的PCB。在第二階段，將鍵盤(pán)，顯示器，以及其他的模組和元器件安裝到PCB上，隨后進(jìn)行最后的測試。有時(shí)，在組裝好機殼和電池后還有進(jìn)行語(yǔ)音呼叫測試，以確保在裝入用戶(hù)配件和發(fā)運前設備能正常工作。

校準方法

移動(dòng)設備校準通常包括一系列的頻率/功率設置，并利用測試設備和移動(dòng)設備進(jìn)行功率測量。

對于接收機校準，一體式的測試儀(OBT)能夠為移動(dòng)設備提供一個(gè)校準的已調信號。移動(dòng)設備然后進(jìn)行接收測量，根據OBT產(chǎn)生的電平與設備接收到的電平差產(chǎn)生一個(gè)校準因子并存儲在存儲器中。該過(guò)程需在每個(gè)頻段的多個(gè)頻點(diǎn)上重復，每個(gè)頻點(diǎn)上還有采用多個(gè)不同的功率電平。

對于發(fā)射機校準，移動(dòng)設備被設置到指定的頻率和功率電平上，然后OBT測量電平，根據移動(dòng)設備所產(chǎn)生的電平與OBT測得到電平，產(chǎn)生一個(gè)校正因子并存儲在存儲器中。同接收機校準一樣，需要在每個(gè)頻段的不同頻點(diǎn)上重復該過(guò)程，每個(gè)頻點(diǎn)上也要求采用數個(gè)不同的功率。

為了縮短測量周期并能同時(shí)測量移動(dòng)設備的發(fā)射機和接收機，業(yè)界開(kāi)發(fā)出了幾種快速校準模式。要實(shí)現最高測試速度，這些方法取決于移動(dòng)設備與OBT之間的同步。

如果校準一臺W-CDMA4頻段設備的發(fā)射機，每個(gè)頻段上選15個(gè)頻點(diǎn)，每個(gè)頻點(diǎn)上選20個(gè)功率電平，就需要1200次發(fā)射測量。加上同一頻段的接收機測量為600次，則總測量次數為1800次。假定利用一般的OBT和移動(dòng)設備設置來(lái)串行地進(jìn)行這些測量，測量時(shí)間需要40ms，總的設備校準時(shí)間為72秒。如果采用并行測量模式和快速校準模式，測量時(shí)間可以大幅減小到25秒(見(jiàn)圖1)。

圖1：快速校準測試與傳統測試所需的時(shí)間對比。

終測方法

移動(dòng)設備的終測通常包括在各種不同的頻率和功率上測量Tx和Rx參數的測量。這一測量的目的是確保設備能夠符合規范。

在傳統的終測中采用呼叫處理，頻率和功率的改變需要通過(guò)呼叫處理來(lái)實(shí)現。接收機測試需用環(huán)回數據的測量來(lái)實(shí)現，在絕大多數情況下以基于一個(gè)呼叫處理的測試模式為基礎。

在無(wú)需呼叫處理的現代終測中，無(wú)論是頻率和功率電平的改變都是通過(guò)主機接口對移動(dòng)設備進(jìn)行直接控制來(lái)實(shí)現的，因而測試時(shí)間要快得多。取代接收機環(huán)回測試，采用載噪比測量，并將結果報告給測試系統。

對于上述W-CDMA 4頻段設備的校準，如果每個(gè)頻段測試3個(gè)頻點(diǎn)(低，中，高)，每個(gè)頻點(diǎn)上3個(gè)電平，則Tx測試就要在36個(gè)點(diǎn)上提取參數數據。再假定Rx需要12個(gè)點(diǎn)，基于呼叫的Tx測量時(shí)間為100ms/點(diǎn)，環(huán)回接收機測試為10秒，而C/N Rx測量時(shí)間僅為100ms，基于呼叫處理的信道/電平改變時(shí)間為15ms，而基于直接控制的信道/電平改變時(shí)間僅為5ms，這樣自然就實(shí)現了測試時(shí)間的大幅減小，如圖2所示。

圖2：C/N測試與基于呼叫的環(huán)回測試時(shí)間比較。

快速校準模式的實(shí)現

無(wú)論是移動(dòng)設備還是OBT，高速校準采用特定的測試模式，來(lái)實(shí)現盡可能快的測試速度。有些OBT通過(guò)可視作為用來(lái)縮短O(píng)EM廠(chǎng)商測量時(shí)間的測量例程，提供了許多這類(lèi)特定的測試模式。應注意的是這些工具是沒(méi)有用的，除非在所用的芯片集中能夠采用一個(gè)等效的模式。

一個(gè)多觸發(fā)測量(圖3)模式提供了在一個(gè)單信道上快速測量GSM移動(dòng)設備的輸出功率的方法，功率電平可以多達500個(gè)。該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，對芯片集的修改較小。缺點(diǎn)是沒(méi)有Tx/Rx并行測量，還需要多個(gè)序列，具體取決于被測的Tx信道數量。

圖3：在單信道上實(shí)現GSM移動(dòng)設備快速測量的多觸發(fā)測量。

由于EDGE調制可能包括一個(gè)在GSM調制中所沒(méi)有的幅度的較大變化，需要采用一個(gè)特定的校準技術(shù)來(lái)補償這一變化。預失真測量可以實(shí)現這一校準，具體方法是校準設備中的功率放大器的相位與功率的關(guān)系。

第一種的預失真測量是當輸入功率按方波變化時(shí)測量功率和相位。圖4所示即為該類(lèi)測量，該測量中采用了500個(gè)相鄰的測試周期，周期長(cháng)度從200μs到4.6ms之間可調。

圖4：輸入功率以方波變化時(shí)測量功率和相位的預失真測量。

第二種預失真測量是在輸入功率按三角波形時(shí)變化時(shí)測量功率和相位。圖5中，測量在8192個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行，采樣率為1.625MHz。該方法在階段的時(shí)間內提供了更多的數據，相對于第一種預失真測量，在芯片集上實(shí)現的難度可能會(huì )大一些。

圖5：輸入功率以三角波形時(shí)變化時(shí)測量功率和相位的預失真測量。

Tx/Rx與頻率關(guān)系的測量提供了一種方法，可以在各頻點(diǎn)和功率電平上快速地測量功率并產(chǎn)生已調信號。該測量是真正的Tx/Rx并行測量，故測試速度是當前可用的最快校準技術(shù)。

該測量中，輸入和輸出信號被重組成“序列”和“段”。如圖6所示，每個(gè)序列包含一系列指定輸入和輸出頻率上的測量，幅度是變化的。每個(gè)序列中，可以測量總共39個(gè)功率步進(jìn)，并同時(shí)輸出。每段的長(cháng)度設置為20ms。

圖6：目前測試速度最快的Tx/Rx并行測量，每個(gè)序列包含一系列指定的輸入和輸出頻率。

多功率測量類(lèi)似于多脈沖Tx測量，除了不再使用GSM時(shí)隙和幀結構之外，測量在移動(dòng)設備上按鄰近的步進(jìn)進(jìn)行。然而這并非真正的并行測量，該方法是多脈沖Tx測量的改進(jìn)，因為沒(méi)有幀中的死區，故允許測量連續進(jìn)行。被測步進(jìn)的數量為10-80，每個(gè)步進(jìn)的周期為2-40ms，如圖7所示。

圖7：多功率步進(jìn)測量。

結論

現代的測試方法通過(guò)大幅地減小校準和終測階段的測試時(shí)間，為OEM廠(chǎng)商提供了降低日趨復雜的設備的成本。該方案是OEM廠(chǎng)商所需的、具有成本效益的解決方案，同時(shí)增加了消費者期望的功能。領(lǐng)先的測試方案提供商能夠通過(guò)將測試整合到新一代的OBT中，使OEM廠(chǎng)商實(shí)現這些先進(jìn)的測試方案。隨著(zhù)業(yè)界在未來(lái)幾年里實(shí)現4G網(wǎng)絡(luò )和設備，有望實(shí)現更新和更快的測試解決方案。