PXI模塊在調(diào)試和測試移動電話特性中的應(yīng)用

引言
測試是成本中應(yīng)避免的支出。移動電話的生產(chǎn)測試成本可能會占項目總成本較大的一部分。在移動電話測試中，決定其參數(shù)和功能測試的程度是相當(dāng)復(fù)雜的，必須對生產(chǎn)線變化以及在測試過程和設(shè)計成熟時加以評估。以調(diào)試為目的進(jìn)行的測試與其它測試略有差別，調(diào)試在生產(chǎn)過程中是重要的增值步驟，而不單只是驗證過程。調(diào)試的需求直接與器件的設(shè)計相關(guān)，在此階段采用PXI模塊儀器有助于改進(jìn)生產(chǎn)率和降低對功能測試的要求。

生產(chǎn)測試過程　
印刷電路板（PCB）生產(chǎn)和手機(jī)生產(chǎn)是兩個分開的制程。測試過程是從PCB生產(chǎn)線已裝滿元件的PCB被送到裝配線時開始。在裝配線上移動電話實現(xiàn)五項運(yùn)作：固件安裝、調(diào)試、RF特性測試、裝配和功能測試。固件安裝可能很費(fèi)時間，特別是程序容量增加時。然而，該過程可達(dá)到兩個目的，成功下載終端固體時也就驗證了數(shù)字電路和數(shù)據(jù)I/O接口的許多功能。

圖1　裝配線的五項運(yùn)作
安裝固件后，終端進(jìn)行調(diào)試和特征化。雖然這些過程是相互獨(dú)立的，但它們常常在一個公用的測試臺上進(jìn)行。隨著移動電話變?yōu)槎嗄：投囝l，這一階段會變得更加復(fù)雜。這是測試系統(tǒng)再設(shè)計的首要候選方案。主要要求是為各種接收和發(fā)射子系統(tǒng)提供調(diào)諧的調(diào)節(jié)，用于補(bǔ)償所支持的每個頻段內(nèi)對電平線性度和頻率響應(yīng)的影響。在某種情況下，手機(jī)有兩個獨(dú)立的可能都要調(diào)諧的收發(fā)器。為了方便調(diào)諧，安裝的固件將支持測試方式所作的操作，使終端能夠直接接受控制而不必通過空中接口信令來進(jìn)行。
所需測量次數(shù)會有很大變動。典型的移動手機(jī)發(fā)射機(jī)在每個功率電平下要分別調(diào)諧，并且測試要在每個頻段的不同頻率下重復(fù)。每次調(diào)諧還可能再重復(fù)一次。首先找出錯誤，然后驗證所用的修正是否有效。對于TDMA系統(tǒng)，調(diào)試可能在發(fā)射機(jī)突發(fā)方式下進(jìn)行。測試工具需要非常快速的功率測量，而且在寬動態(tài)范圍內(nèi)具有良好精度和適用于突發(fā)波形。
最常用的工具是功率計，但通常工程師們也會使用頻譜分析儀或無線測試儀測量功率。功率計的優(yōu)點(diǎn)是絕對電平的精度良好。當(dāng)測試系統(tǒng)本身經(jīng)常作例行校準(zhǔn)時，這一優(yōu)點(diǎn)就不突出了。功率計的不足是只能作為一種測量。需要增加儀器時，測試臺的復(fù)雜程度亦隨著增加。另外，當(dāng)測量功率時，其它調(diào)試，如IQ調(diào)制器的調(diào)整必須串行進(jìn)行，而頻譜分析儀或無線測試儀可用同樣的取樣數(shù)據(jù)作并行測試。
頻譜分析儀是一種掃頻調(diào)諧設(shè)備，用作快速功率測量并不合適。為了快速測量功率，頻譜分析儀通常工作在零掃頻方式，此時相當(dāng)于一臺調(diào)諧接收機(jī)。功率測量通過濾波器來進(jìn)行，該濾波器帶寬由系統(tǒng)要求而定。頻譜分析儀帶有模擬濾波器，引入大的帶寬切換誤差。只要知道所用濾波器，這種誤差是能夠修正的。頻譜分析儀比功率計具有較寬的測量動態(tài)范圍，但是通常只有在基準(zhǔn)電平下才具有良好的電平精度。這表明只要分析儀每次的功率電平設(shè)置有變化，就會在測量中增加很大的延時，或者測量值帶有較大的不確定性。盡管分析儀的電平線性度可特征化，但這樣會導(dǎo)致測試系統(tǒng)軟件設(shè)計的復(fù)雜化。
無線測試儀與零掃頻的頻譜分析儀相似，同樣擁有類似的限制。無線測試儀的優(yōu)點(diǎn)是在生產(chǎn)過程的后階段能夠用作功能測試，極少出現(xiàn)裝配好的產(chǎn)品要重新回到測試臺的情況。接收機(jī)調(diào)試是使用一個精確穩(wěn)幅的RF信號作為激勵源。信號可以是連續(xù)波或調(diào)制波，可以是調(diào)諧頻率或略有失調(diào)。接收機(jī)在高達(dá)30多個不同RF輸入電平下，實施接收信號強(qiáng)度指示（RSSI）的內(nèi)部測量。在每次輸入電平下，從終端讀出RSSI的讀數(shù)，同時計算出增益調(diào)節(jié)值。噪聲測量也可在任何RF輸入為零時進(jìn)行。測試信號所需的電平范圍可超過100dB和最大值約為0dBm，以便克服被測器件前端的測試系統(tǒng)的損耗。
接收機(jī)調(diào)試所用工具通常是信號發(fā)生器或無線測試儀。電平精度、重復(fù)性、穩(wěn)定性和設(shè)定時間是同樣重要。另外，確定電平切換所需的工作次數(shù)后，切換可靠性是一項關(guān)鍵參數(shù)。
完成收發(fā)器的調(diào)試后，通常還有收發(fā)器特性化的測試，采用測量參數(shù)來表征無線系統(tǒng)的特性。發(fā)射機(jī)特征化包括在有限點(diǎn)數(shù)下進(jìn)行功率的再驗證，以及測量以相位誤差或以EVM表示的調(diào)制質(zhì)量。測量有調(diào)制的發(fā)射頻率比較復(fù)雜，首先需要信號解調(diào)，在這種情況下能夠計算出任何基本頻率的錯誤。一般還要測量頻帶內(nèi)干擾（即相鄰信道功率）或者輸出無線頻譜。
接收機(jī)的特性化通常只限于靈敏度。模擬系統(tǒng)測量SINAD（信號噪聲失真比），數(shù)字系統(tǒng)測量BER（碼錯誤率）或類似量。BER是較復(fù)雜的測試，可用多種方法實現(xiàn)。對于GSM制式，可用多種方法實現(xiàn)，可命令接收機(jī)重新發(fā)射接收到的數(shù)據(jù)，稱為回送測試，回送可在接收鏈路的不同點(diǎn)上進(jìn)行。如果原始數(shù)據(jù)被回送，則只能測量BER，但有助于速度測試。如果符號碼在回放前被解碼，這樣，除了BER以外還可測量接收機(jī)修正錯誤代碼的能力。

基于PXI的RF測量系統(tǒng)
移動電話的調(diào)試和特征化是基于PXI的RF儀器的理想候選應(yīng)用。通常采用GPIB控制的儀器能夠完成這種測試任務(wù)，它們主要設(shè)計成手動前面板操作，可提供許多功能用于研發(fā)測試?，F(xiàn)在，PXI模塊的低成本測試系統(tǒng)是另一種可行的選擇，系統(tǒng)只需購買有用的功能和特性就可以了?；赑XI的產(chǎn)生精確調(diào)制和非調(diào)制載頻的RF激勵源，可用來代替較大型和成本較高的通用信號發(fā)生器。市售的PXI模塊儀器具有良好的RF特性、電平精度和重復(fù)性。
采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動器使PXI模塊容易與測試系統(tǒng)軟件集成在一起。測量RF功率和發(fā)射機(jī)特性的PXI信號分析儀可用非頻譜分析儀、功率計和無線測試儀?；赑XI的RF數(shù)字化儀可將RF信號變換成數(shù)字IF數(shù)據(jù)，與軟件庫一起使用。
圖2　基于PXI的RF測試系統(tǒng)

最終測試
在移動電話裝配完成后，進(jìn)行最終測試。最終測試是驗證鍵盤狀態(tài)、顯示、語音傳感器和天線的性能是否正常。最終測試經(jīng)常使用基站仿真器，它是帶有系統(tǒng)協(xié)議軟件的無線測試儀，實現(xiàn)移動電話發(fā)起呼叫或結(jié)束呼叫的過程。該設(shè)備亦也可用于RF測量，這就是為什么特性化過程有時推遲到終測的原因。
鍵盤和顯示不使用無線測試儀直接測試，因此，測試系統(tǒng)裝有氣動手指和攝像機(jī)。某些電話鍵可用雙音多頻（DTMF）命令來測試，表示基站仿真器接收到這些命令。更多現(xiàn)代的移動手機(jī)裝有與空中接口發(fā)射無關(guān)的附加鍵，故鍵盤測試往往采用串行接口連接。語音傳感器由測試座上的音頻耦合器來測試。測試臺也可安裝天線耦合器件代替直接RF連接。在這種情況下可測試無線天線。但為了降低與相鄰的測試單元的串?dāng)_問題，則必須有良好的RF屏蔽。

結(jié)語
在測試階段，有大量儀器類型可供選擇，決定因素主要是速度、精度、可靠性、靈活性和價格。臺式GPIB控制儀器在很長時間內(nèi)都是首選設(shè)備，但是更新的總線技術(shù)擁有更快的速度和吞吐量。例如以太網(wǎng)和USB的速度則比GPIB，甚至HS488（高速GPIB）的速度更快。
模塊儀器，如VXI和PXI，可以提供高度用戶化和可重配置的測試系統(tǒng)開發(fā)，并且可與任何系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，例如GPIB、VME等構(gòu)建接口。在兩種模塊結(jié)構(gòu)中，PXI由于擁有卓越的總線速度、較低價位和大量可選用的模塊，因而迅速處于領(lǐng)先地位。RF的PXI測試儀器現(xiàn)在可提供與臺式GPIB具有同樣水平的功能和性能的模塊，并且擁有PXI的尺寸、成本、靈活性和速度等的優(yōu)點(diǎn)。一臺8插槽的PXI機(jī)箱內(nèi)裝有一個嵌入式系統(tǒng)控制器、一個雙通道任意波形發(fā)生器的RF信號發(fā)生器、一個RF數(shù)字化器和DUT接口，能夠完全滿足傳統(tǒng)上由堆疊式儀器完成的調(diào)試和特征化功能，但成本只要幾分之一。RF數(shù)字化儀器將RF信號轉(zhuǎn)換成相位和幅值相關(guān)的數(shù)字IQ數(shù)據(jù)，傳輸?shù)杰浖斓南到y(tǒng)控制器內(nèi)。這些測量功能能夠在多種開發(fā)環(huán)境內(nèi)提供硬件控制和輸出測量結(jié)果。