多重通訊的挑戰(zhàn)與測試方案

現(xiàn)今的個(gè)人通訊產(chǎn)品都傾向“多重通訊”功能方向發(fā)展，多重通訊裝置意指單一裝置中具備多種射頻和連結(jié)方式，如在市場熱賣的“蘋果”品牌 iPhone或智能手機(jī)就具備藍(lán)牙 （Bluetooth）、無線上網(wǎng)（WiFi）和蜂窩式移動(dòng)手機(jī)（cellular）等多種無線通訊功能，我們再看看今日的3代手機(jī)結(jié)合了藍(lán)牙、無線上 網(wǎng)、FM， GPS甚至更多的無線連結(jié)功能，但在多重通訊裝置的技術(shù)中存在著更高的測試挑戰(zhàn)和困難。為確保質(zhì)量，每種無線通訊和連結(jié)方式都必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/測試">測試，但如以 傳統(tǒng)的對每種通訊方式進(jìn)行串行測試，生產(chǎn)成本必然非常高昂而最后直接影響產(chǎn)品價(jià)格和利潤，如何能確保產(chǎn)品質(zhì)量同時(shí)最少化測試時(shí)間和成本便成各廠商的挑戰(zhàn)。

　　在測試領(lǐng)域中，大部份的無線測試設(shè)備只針對一至兩種的無線通訊方式進(jìn)行測試，換言之，測試一部多重通訊裝置時(shí)則需在多個(gè)工位進(jìn)行不同種類的連結(jié)測試， 當(dāng)中每個(gè)工位可能須重新接線、加電、初始化等等工序，這樣便導(dǎo)致生產(chǎn)測試時(shí)間線性地增長（如圖1），為達(dá)至生產(chǎn)量和速度，只可增加產(chǎn)線和測試設(shè)備；在這里 要強(qiáng)調(diào)的是總測試成本應(yīng)該理解為測試設(shè)備成本結(jié)合上每件產(chǎn)品的測試時(shí)間成本，如圖1的生產(chǎn)模式，要減低測試時(shí)間成本就要增加測試設(shè)備成本。

　　當(dāng)然，最理想的方案是單臺(tái)測試設(shè)備能夠具備多種無線通訊功能測試，更甚者，數(shù)項(xiàng)測試項(xiàng)目在同一測試設(shè)備能同時(shí)進(jìn)行，這樣就能大大地減少測試時(shí)間，而多重通訊測試系統(tǒng)的產(chǎn)生就能提供這種方案（圖 2）。

　　1 測試時(shí)間

　　測試時(shí)間實(shí)際上是由多個(gè)獨(dú)立的工序構(gòu)成 – 產(chǎn)品運(yùn)送、夾具裝卸、程式下載和實(shí)際的測試分析，減省任何一個(gè)工序的時(shí)間對總體測試時(shí)間都有重要的影響，舉例，假若能夠在單一工位單一夾具下處理所有種類 的無線通訊測，那產(chǎn)品運(yùn)送和夾具裝卸的時(shí)間就不需在每種無線通訊中重復(fù)從而減省很多時(shí)間，同樣的優(yōu)化慨念亦可用於測試分析上，最有效的優(yōu)化方案是如何實(shí)現(xiàn) 生產(chǎn)工序“并行化”以取代以往的流水式串行的工序。另外，再進(jìn)行優(yōu)化每種無線通訊的測試時(shí)間，舉例，假若GPS的全幀為30秒，而現(xiàn)在達(dá)至的測試時(shí)間為 33秒，那就意味著當(dāng)中有10%的改進(jìn)空間。

　　除此外，有一重要的理解，工程師需意識(shí)到整個(gè)優(yōu)化工程其實(shí)是數(shù)個(gè)重要環(huán)節(jié)的整合成果，其中包括多重通訊裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （Device’s Architecture），芯片的底層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （Underlying Chipset Architecture）， 軟件驅(qū)動(dòng)和編寫測試軟件的靈考能力；所以，如能讓芯片商，產(chǎn)品參考設(shè)計(jì)公司和最終的多重通訊裝置工程師共同參與，相信有更大的空間為優(yōu)化生產(chǎn)測試進(jìn)行專門 設(shè)計(jì)的方案，使整個(gè)生產(chǎn)時(shí)間和成本有顯著的減幅。

　　假如“多重通訊裝置”是未來一個(gè)主流產(chǎn)品和市場，相信很快會(huì)進(jìn)入量產(chǎn)和普遍應(yīng)用，生產(chǎn)成本這個(gè)瓶頸問題是必須面對和解決，而革命性的單臺(tái)式無線“多重通訊”測試系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)以上優(yōu)化工程的基礎(chǔ)。

　　2 單臺(tái)式無線測試系統(tǒng)

　　美國R特菠特科技（LitePoint）公司從2005年開始一直是單臺(tái)式測試系統(tǒng)的先驅(qū)者，測試系統(tǒng)除包含矢量分析儀（VSA）和信號源（VSG） 外附有極友好使用的分析操作介面，讓用戶能對復(fù)雜的分析更快掌握和處理，在WiFi的測試工業(yè)中起了革命性的改變（圖3）。

　　在WiFi 單臺(tái)式測試系統(tǒng)能快速成為市場主流測試用具後，LitePoint 及其他公司亦相續(xù)推出針對WiMAX的單臺(tái)式測試系統(tǒng)及利用軟件技術(shù)在單臺(tái)硬件上擴(kuò)展更多的應(yīng)用如藍(lán)牙、ZigBee 等等。

　　單臺(tái)的多重通訊測試系統(tǒng)需把移動(dòng)手機(jī)、WiFi、藍(lán)牙，GPS和FM等測試功能結(jié)合起來，雖然某些種類的通訊（WiFi和藍(lán)牙）是用相同的頻譜，而可 用同組的VSA和VSG子系統(tǒng)進(jìn)行測試，但無論如何針對不同的通訊，要達(dá)到并行測試目的，單臺(tái)式多重通訊測試系統(tǒng)必須內(nèi)置多個(gè)VSA和VSG子系統(tǒng)再加上 內(nèi)置開關(guān)式測試式接口，使某些連接口可分享同一子系統(tǒng)，而某些連接口則定為作并行測試口。從技術(shù)上來說，多個(gè)射頻子系統(tǒng)、不管是開關(guān)式和專用等多個(gè)接口或 共享同一電源等的設(shè)計(jì)都是無形中建立了互相干擾的環(huán)境，舉例在并行測試中，由兩個(gè)矢量信號源 （VSGs）產(chǎn)生的兩個(gè)信號通過測試口到達(dá)被測品的天線接口，兩個(gè)信號可能在系統(tǒng)或被測品（DUT）內(nèi)部產(chǎn)生串?dāng)_或其相干擾的問題，當(dāng)然如在被測品內(nèi)部發(fā) 生問題是用戶產(chǎn)品開發(fā)部要處理的工作，而多重通訊測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師或公司必須確保選用專業(yè)高性能的器件和線路設(shè)計(jì)消除系統(tǒng)中VSG產(chǎn)生的互相干擾。

　　而共用電源系統(tǒng)亦可能產(chǎn)生干擾，因射頻信號可通過直流線路回傳電源系統(tǒng)而疊加於另一個(gè)VSG的信號上，如何使用濾波和線路設(shè)計(jì)隔絕射頻信號對直流線路的回流就成為工程師的另一個(gè)挑戰(zhàn)。

　　總括而言，最終目標(biāo)是單臺(tái)式多重通訊測試系統(tǒng)在多個(gè)測試口進(jìn)行測試時(shí)所得的結(jié)果要跟單種通訊測試儀表組裝的系統(tǒng)結(jié)果一致甚至有更好表現(xiàn)。

　3 單臺(tái)式多重?zé)o線測試系統(tǒng)的誕生

　　LitePoint 早在去年推出的MIMO 測試系統(tǒng) IQnxn Plus 時(shí)就已走上單臺(tái)式多重?zé)o線測試發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域中，此IQnxn Plus系統(tǒng)的測試能力覆蓋 WiFi 和 WiMAX MIMO 所應(yīng)用到的頻段及多端口并行測試，由軟件定議測試那種通訊模式。

　　在開發(fā)時(shí)，除了要決定整體系統(tǒng)架構(gòu)、端口安排、并行測試處理，工程師更要好好解決剛才提及到由多個(gè)VSA 和 VSG 所產(chǎn)生的種種問題，這些經(jīng)驗(yàn)的累積成為實(shí)現(xiàn)真正單臺(tái)式多重通訊測試系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。

　　而另一個(gè)重要的基礎(chǔ)就是LitePoint在多種的通訊模式測試 WiFi， WiMAX， WiMedia， Bluetooth和GPS已有豐富的經(jīng)驗(yàn)，而巧合地，除了WiMedia外，另外四種通訊模式WiFi， WiMAX， Bluetooth和GPS已被納入為智能手機(jī)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)裝置的標(biāo)準(zhǔn)或短期的加增功能列表中。

　　今年萊特菠特科技（LitePoint）推出首款多重通訊（Multicom）裝置測試系統(tǒng)型號為IQ2010（圖4），此系統(tǒng)的硬件將具備6種通訊 模式： WiFi， Bluetooth， GPS， FM， WiMAX和NFC，用戶可透過軟件授權(quán)的方式就能啟用各種通訊模式。使用者可視其所需購買這些授權(quán)方案，且在現(xiàn)場就能啟動(dòng)增購的功能。

　　IQ2010 的操作是通過USB與電腦連結(jié)，利用提供的操作介面，可輕易控制系統(tǒng)進(jìn)行測試，而系統(tǒng)包含三個(gè)并行測試的子系統(tǒng)，第一個(gè)為GPS任意波形發(fā)生器 arbitrary waveform generator （AWG）提供GPS所需的信號，其頻率為1.57542 GHz L1。

　　在GPS測試同時(shí)可啟用FM子系統(tǒng)，后者是一個(gè)FM 任意波形發(fā)生器和FM矢量分析儀 VSA，頻段覆蓋為 76 至 108MHz。

　　第三個(gè)并行子系統(tǒng)用於測量WiFi， WiMAX， Bluetooth 和NFC，由於前三種通訊 （WiFi， WiMAX和Bluetooth）頻率重疊故不能作并行測試，WiFi 發(fā)射和接收測試可用RF1和RF2接口（I和Q）而頻段為 2.15 至 2.7GHz 和 4.9 至 6GHz，WiMAX 亦一樣但頻段為 2.15 至 2.7GHz， 3.3 至 3.8GHz 和 4.9 至 6GHz，Bluetooth 則在 2.4 至 2.5GHz 頻段。

　　NFC 用 BNC頭連結(jié)并利用內(nèi)置開關(guān)繞過本振（LO）和混頻部份使覆蓋從直流 （DC） 至35MHz；而內(nèi)置前端轉(zhuǎn)換裝置讓信號源和分析儀互相切換於RF1和RF2接口，例如 RF1進(jìn)行WiFi發(fā)射而RF2進(jìn)行WiFi 接收。

　　以上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可讓3種通訊如對WiFi， GPS和FM進(jìn)行并行測試，以最為普遍智能手機(jī)的功能WiFi， Bluetooth， GPS和FM作例子，配含適宜的生產(chǎn)軟件，IQ2010可在WiFi和Bluetooth作串行測試時(shí)同時(shí)對GPS和FM作并行測試，這樣可減少一半的測 試時(shí)間 （由100秒以上減至40秒內(nèi)），如圖2所示。

　　4 序列測試（sequence-based testing）功能

　　并行測試是最有效減少整體測試時(shí)間的方案，用家可自行組裝多臺(tái)單模式通訊儀表來實(shí)現(xiàn)或選用單臺(tái)多重通訊測試系統(tǒng)如IQ2010。 另外亦有一些方法可改進(jìn)測試時(shí)間，在測試中的信號其實(shí)包含一連串不停在功率和調(diào)制變化中的數(shù)據(jù)包，用戶可利用ACK 信號的特點(diǎn)從而減少對被測品（DUT）傳送指令的次數(shù)變相地節(jié)省測試時(shí)間。

　　舉例，在誤碼率測試中，一般會(huì)發(fā)1000個(gè)數(shù)據(jù)包，然后看有多少個(gè)誤包出現(xiàn)，測試軟件中可能需要在每個(gè)包后發(fā)出要求發(fā)下一個(gè)包的指令如 “send the next one”，這樣處理就需要傳送多次指令。假如能得到芯片商的配合，讓DUT在收到一個(gè)無誤包時(shí)回傳一個(gè)ACK信號，沒有ACK信號回傳就代表是一個(gè)誤包， 這樣用一指令連續(xù)發(fā)送1000個(gè)包，測試儀可跟據(jù)收到多少 ACK信號計(jì)算出誤包率，當(dāng)中大量減少DUT和儀表的指令傳送時(shí)間。

　　5 用戶介面

　　而另一個(gè)LitePoint工程師要考慮的因素就是用戶的使用慣性，試想如采用多臺(tái)單模式的系統(tǒng)，要熟悉和應(yīng)用多個(gè)不同介面就是一個(gè)煩事，更別說要組 裝、協(xié)調(diào)和有效地使用在多重通訊裝置上，故在用戶介面的設(shè)計(jì)上，IQ2010在多個(gè)不同的通訊模式都用上相近的版面（圖5），相同的操作鍵亦盡量安排在同 一位置，用戶只需熟悉一個(gè)通訊模式的操作介面，對其他模式的操作就不會(huì)感到復(fù)雜難用。

　　6 總結(jié)

　　不管今日或?qū)淼膫€(gè)人通訊裝備都會(huì)具備多重?zé)o線通訊模式，如果沒有創(chuàng)新的測試方案，每多一種通訊模式都會(huì)線性地增加生產(chǎn)成本和時(shí)間，在消費(fèi)電子市場 中，功能的增添是在劇烈競爭中的必然工具和發(fā)展，但價(jià)格卻又要保持競爭力，面對兩難處境，IQ2010在并行測試 （Concurrent Testing） 和 序列y（sequence-based testing）的創(chuàng)新設(shè)計(jì)卻讓生產(chǎn)時(shí)間降低，解決了生產(chǎn)成本的瓶頸問題。