射頻模塊儀表PXI在手機生產(chǎn)測試上的應用

如今的手機生產(chǎn)測試面臨越來(lái)越復雜的環(huán)境，一邊是多種頻段和多制式的挑戰，一邊是生產(chǎn)測試速度的壓力，同時(shí)還面臨測試成本的壓力。確定手機射頻參數和功能檢驗測試的合適的深度和廣度是比較復雜的，它需要我們隨著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)的變化，產(chǎn)品本身的成熟度的提升不斷尋找平衡點(diǎn)。射頻校準在整個(gè)生產(chǎn)流程中，它是一個(gè)增加產(chǎn)品價(jià)值的步驟，它的測試要求直接與產(chǎn)品的設計有關(guān)。

生產(chǎn)測試流程

這里的生產(chǎn)測試不包括PCB（印刷電路板）生產(chǎn)，當PCB投入到手機組裝線(xiàn)上時(shí)，生產(chǎn)測試流程開(kāi)始，由此手機將經(jīng)歷5個(gè)操作步驟：

*固件下載；
*校準(包括電池校準)；
*射頻特征測試；
*組裝；
*功能測試。

下載固件比較花費時(shí)間，特別是固件程式比較大的時(shí)候。然而這個(gè)過(guò)程有另外的含義，它可以通過(guò)下載來(lái)驗證很多的數字電路和數字I/O接口的好壞。在固件下載安裝完成后, 手機會(huì )進(jìn)行射頻校準測試，校準的作用就是不停調整手機某些參數（如增益值，頻點(diǎn)線(xiàn)性補償值等）來(lái)使射頻特征達到要求的目標，然后把這些調整點(diǎn)的值寫(xiě)入手機相應的EPROM位置。射頻特征測試在校準測試完成后驗證校準的效果，盡管這兩個(gè)流程是獨立的，但是他們通常共用一個(gè)測試站。在這個(gè)階段我們可以看到測試的復雜性，因為手機通常是多模和多頻段的，這時(shí)候測試系統的設計變得尤為重要。最基本的要求是：能適應不同的收發(fā)系統來(lái)調整電平線(xiàn)性度和在各個(gè)頻段的頻率響應。有些情況下，手機有兩個(gè)獨立的收發(fā)機需要調整，同時(shí)固件需要支持測試模式來(lái)直接通過(guò)射頻線(xiàn)連接而非空中信令借口。

需要的測試項目會(huì )非常的龐大， 一般來(lái)說(shuō)一個(gè)手機需要在每一個(gè)功率等級，在各個(gè)頻段的不同頻率點(diǎn)重復進(jìn)行調整。調整過(guò)程需要兩個(gè)步驟, 首先找到誤差所在，然后進(jìn)行修正并驗證修正后的效果。發(fā)射機可以在調制模式和非調制模式下進(jìn)行校準，例如對TDMA 系統, 我們一般對發(fā)射機的突發(fā)脈沖進(jìn)行校準，針對相應的脈沖波型，測試工具需要在大的動(dòng)態(tài)范圍內非?？於覝蚀_地測量功率。圖1是基于PXI的射頻信號分析儀測試流程，PXI的數據傳輸和觸發(fā)響應速度要大大高于傳統儀表，可以替代頻譜儀，功率計，綜合測試儀測量發(fā)射機射頻特征。

圖 1 基于PXI的射頻信號分析儀

接收機校準在精確的穩幅射頻信號的激勵下進(jìn)行，信號可以是連續波或者調制波，頻率可以設在所調頻率的中心或者某一偏移處。接收機進(jìn)行內部的RSSI (接受信號強度指示) 測量，測量通常改變30個(gè)不同的輸入電平分別測量。在每一個(gè)輸入電平下，相對應不同設定好的增益調整值，RSSI值從手機端被內部讀取。接收機噪聲測量可以在沒(méi)有任何信號輸入的狀態(tài)下進(jìn)行。信號源的電平范圍會(huì )超過(guò)100dB，最大電平會(huì )超過(guò)0dBm以補償測試系統與待測物之間的線(xiàn)損。

校準點(diǎn)的數量因不同的手機方案和制造商而定。接收機校準測試的時(shí)間跟接收機的特性有很大關(guān)系，比如改變電平和頻率后讀取RSSI所需要的穩定時(shí)間。電平和頻率切換后的延時(shí)時(shí)間對于接收機非常重要，但是信號源本身電平和頻率穩定時(shí)間也是不可忽視的，如果測試點(diǎn)非常多的話(huà)，針對信號源切換的穩定延時(shí)時(shí)間也是非?？捎^(guān)的。接收機校準可以用信號源或者射頻綜測儀。電平精度，電平重復性，穩定性，穩定時(shí)間都是非常重要的。如果電平和頻率切換是必須的，那么切換的可靠性是關(guān)鍵的因素。

在收發(fā)機校準完成后, 在有限的測量點(diǎn)的范圍內，通常要對整個(gè)收發(fā)機的射頻特征參數進(jìn)行驗證。對發(fā)射機特征參數驗證包括：功率，調制誤差（可以用相位誤差或EVM的形式來(lái)表示），頻率誤差（測量調制信號的頻率是比較復雜的，需要現對調制信號進(jìn)行解調，這樣計算出來(lái)的頻率誤差是最準確的）。另外，一些通常的頻譜測試也是必須的，例如ACP鄰道功率和射頻輸出頻譜。

接收機特征參數最多關(guān)注的接收靈敏度。在模擬系統中測的是SINAD，數字系統中通常測的是BER。BER 測試比較復雜，有很多方法來(lái)實(shí)現。 在GSM系統中, 接收機可以接收指令把它收到的數據通過(guò)發(fā)射機發(fā)回去，這被稱(chēng)為回環(huán)模式（Loopback）?；丨h(huán)可以在接收路徑鏈中的不同位置被執行，如果數據未經(jīng)任何處理被回環(huán)，那么只有BER可以被測量，但是測量速度會(huì )非?？?。如果數據回環(huán)前經(jīng)過(guò)解碼，那么除了BER還有MER和FER可以被測量，這樣就可以測量接收機糾正錯誤數據的能力。MER和FER可以表示這種糾錯能力。

內部BER測量是另外一種比較流行的BER測量方法，測量由手機固件內部的代碼進(jìn)行，這增加了固件的復雜度，也增加了固件程序代碼的長(cháng)度。也有人采用另外一種方案，那就是把未處理的符號數據由串口輸出進(jìn)行離線(xiàn)BER計算。

BER測量實(shí)際上測量的是接收機的射頻和基帶整體工作性能。在某些場(chǎng)合可以應用接收機低靈敏度測試，通過(guò)單音或多音干擾信號用于測量接收機保持良好接受性能的能力。從它本身來(lái)說(shuō), BER 是一種統計測量方法，要使它精確必須采集足夠多的樣本符號數據，但也不能有冗余的數據，設定合理的樣本數據是非常有必要的.接收機和發(fā)射同時(shí)測量是可能的，同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)射校準可以提升速度。更進(jìn)一步的是, 在某些TDMA系統中可以支持多時(shí)隙發(fā)射，比如在一個(gè)幀內有7個(gè)時(shí)隙，可以在7個(gè)時(shí)隙用不同的用不同的功率等級來(lái)發(fā)射。

在產(chǎn)線(xiàn)上利用更多的非信令測試

隨著(zhù)手機設計技術(shù)的發(fā)展，非信令測試逐漸成為生產(chǎn)測試的主流。越來(lái)越多的手機芯片廠(chǎng)商在測試模式下提供非信令的測試方法。同樣的測試項目，非信令模式可以比信令模式快上3~7倍。

傳統的射頻特征驗證采用綜測儀的信令模式，信令模式下的測試的速度很大程度上取決于系統協(xié)議。使用空中接口來(lái)控制手機成了測試速度上的瓶頸，由于這個(gè)原因，越來(lái)越多的生產(chǎn)線(xiàn)在最終組裝前以非信令模式進(jìn)行手機射頻特征參數的驗證測試，而在組裝后最終測試時(shí)只進(jìn)行功能檢查。這樣就能在快速地在手機組裝前定位射頻缺陷。

測量?jì)x器的選擇

功率測量的工具通常是功率計，但頻譜儀和射頻綜測儀目前被廣泛的使用。 功率計的優(yōu)點(diǎn)是功率測量精度比較高。但如果測試系統保持經(jīng)常性地校準和維護，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)變得并不明顯。而功率計的缺點(diǎn)是用途比較單一，需要更多額外的測試設備，而且帶來(lái)測試夾具的復雜性。更為重要的是, 單獨測量功率意味著(zhù)別的校準測量例如IQ調制校準必須等待，造成許多測量串行進(jìn)行。而頻譜儀和射頻綜測儀就不存在這個(gè)問(wèn)題，很多的測量可以在相同的信號樣本數據下同時(shí)進(jìn)行。

通用的頻譜儀在零頻寬（zero span）模式下測量功率會(huì )比較快，這種模式下頻譜儀可以看作是調諧接收機. 功率測量會(huì )通過(guò)一個(gè)濾波器進(jìn)行，濾波器帶寬可以由系統定義. 頻譜儀的模擬濾波器會(huì )引入很大的帶內帶外開(kāi)關(guān)頻譜誤差，當然預先判斷的話(huà), 這些誤差可以作一定的修正。頻譜儀比功率計有著(zhù)更大的動(dòng)態(tài)范圍，但是通常只有在參考電平處才有比較好的電平精度，這樣的話(huà)通常要在測量中加入不少的延時(shí)來(lái)確保電平準確度，要么你只有接受這些帶有很大不確定性的測量結果。頻譜儀的電平線(xiàn)性度可以被特征化，但這也增加了測試系統軟件的復雜度。

射頻綜測儀在零頻寬測量上與頻譜儀十分相似，當然局限性也相同。優(yōu)點(diǎn)是它能在流程的最后在信令模式下進(jìn)行許多功能測試，盡管很少有在校準和射頻特征驗證流程中通過(guò)的手機在此測試不通過(guò)的。

基于PXI總線(xiàn)的射頻儀器非常適合手機的射頻校準和特征參數測試。雖然基于GPIB總線(xiàn)的儀表可以達到同樣的目的，但它們從最初設計的開(kāi)始就更多的為研發(fā)部門(mén)考慮，包括測試功能，操作面板，測量方法等等，很多設計對于工廠(chǎng)大規模生產(chǎn)是不適合的，你會(huì )發(fā)現有很多冗余的部分沒(méi)有必要，而又有很多你想要的部分卻沒(méi)有。低成本的PXI 模塊化儀表給了你另外一種選擇，你可以完全根據你想要的功能和指標來(lái)購買(mǎi)儀表?；赑XI的射頻信號源能產(chǎn)生高質(zhì)量的調制和連續波載波信號來(lái)替代昂貴的通用射頻信號源，而它的射頻指標如電平精度和重復性都能滿(mǎn)足你的生產(chǎn)測試要求。

使用工業(yè)標準化的軟件驅動(dòng)可以把PXI模塊輕松地集成進(jìn)入你的測試系統?；赑XI的信號分析儀可以分析發(fā)射機的射頻特征參數，能夠替代功率計，頻譜儀和綜測儀。PXI信號分析儀把射頻信號轉化為數字中頻，對中頻采樣后的得到IQ數據通過(guò)PXI總線(xiàn)傳送到PC，在PC端結合各種測量庫軟件可以分析各種射頻參數，如功率，頻率，頻譜，調制精度等等。這種測試的方法比傳統的儀表更快速和高效。