TD-SCDMA多模終端生產(chǎn)測(cè)試探討
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終端生產(chǎn)測(cè)試可使用信令模式(綜測(cè)儀)和非信令模式(信號(hào)源、信號(hào)分析儀)兩種方案。綜測(cè)儀更符合規(guī)范的信令一致性；而信號(hào)源、信號(hào)分析儀具有更大的靈活性，更快的速度和更好的精度。TD-SCDMA終端測(cè)試必須包括對(duì)GSM模式的支持，同時(shí)，為提高終端產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，廠商生產(chǎn)的TD-SCDMA終端還可能包括GPS、藍(lán)牙、WiFi(802.11b/g)、DVB等模式。目前市場(chǎng)上還沒(méi)有能同時(shí)支持這些模式的綜測(cè)儀，因而，信號(hào)源、信號(hào)分析儀在對(duì)多模式的支持方面凸顯出優(yōu)勢(shì)。對(duì)于這種模式缺乏信令支持的弱點(diǎn)，可以通過(guò)芯片廠商提供的物理層(L1)信令模擬軟件進(jìn)行彌補(bǔ)。隨著芯片廠商對(duì)物理層(L1)信令模擬軟件的逐步開(kāi)放，非信令模式方案越來(lái)越受到終端生產(chǎn)廠商的重視，這代表著未來(lái)終端測(cè)試的新方向。完整的終端生產(chǎn)測(cè)試包括射頻收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)、射頻收發(fā)信機(jī)測(cè)試、終端音頻測(cè)試、電源測(cè)試四個(gè)方面。
本文探討的是基于信號(hào)源、信號(hào)分析儀、音頻分析儀和通信電源的生產(chǎn)測(cè)試方案。對(duì)于多模終端的測(cè)試，該方案具有全面、快速、精確和靈活的特點(diǎn)。對(duì)于TD-SCDMA終端生產(chǎn)商而言，該方案可以打破儀器儀表廠商的技術(shù)壟斷，選擇更具有性價(jià)比競(jìng)爭(zhēng)力的生產(chǎn)測(cè)試儀表。此外，該方案對(duì)于傳統(tǒng)2G和其它3G終端生產(chǎn)商具有同樣的參考意義。
方案簡(jiǎn)介
該方案儀器組成包括：射頻矢量信號(hào)源、射頻矢量信號(hào)分析儀、音頻分析儀和通信電源，此外還包括射頻收發(fā)耦合器和開(kāi)關(guān)陣列等設(shè)備，它們可以對(duì)終端進(jìn)行射頻收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)、射頻收發(fā)信機(jī)測(cè)試、終端音頻測(cè)試、電源測(cè)試四個(gè)方面的一站式整體測(cè)試。該方案可獨(dú)立于模式的限制，提供TD-SCDMA、GSM、藍(lán)牙、WiFi(802.11b/g)、DVB、GPS等模式的一站式測(cè)試。
圖1是使用Keithley 2910矢量信號(hào)源、2810矢量信號(hào)分析儀、2306雙通道電源和2015音頻分析儀搭建的測(cè)試案例。傳統(tǒng)的綜測(cè)儀測(cè)試速度受限于空中信令，對(duì)于生產(chǎn)廠商而言意味著測(cè)試成本的提高。作為無(wú)線通信的空中信令，實(shí)際上是屬于手機(jī)軟件的問(wèn)題，筆者認(rèn)為并不需要在生產(chǎn)測(cè)試階段進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證，而應(yīng)該將重點(diǎn)集中在影響手機(jī)性能的硬件特性上。作為對(duì)信令部分的替代，該方案需要芯片廠商提供物理層(L1)控制命令集，并通過(guò)計(jì)算機(jī)接口對(duì)被測(cè)件進(jìn)行控制。
選用高速信號(hào)源和分析儀，可以突破儀器速度的瓶頸，使方案的測(cè)試速度幾乎只是取決于被測(cè)件的響應(yīng)速度，在生產(chǎn)線上可實(shí)現(xiàn)最大的測(cè)試吞吐量，為廠商提高測(cè)試效率，降低測(cè)試成本。
目前中高端信號(hào)源和分析儀精度指標(biāo)高于綜測(cè)儀一個(gè)檔次，因而可實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)試，增加測(cè)試的可靠性，降低誤測(cè)率，從而提高測(cè)試效率，降低測(cè)試成本。
分立的測(cè)試儀器可以根據(jù)客戶的具體需要靈活配置，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線測(cè)試的靈活搭配，能有效解決生產(chǎn)線測(cè)試站之間的“瓶頸效應(yīng)”問(wèn)題和重配置問(wèn)題。
下面的部分，將針對(duì)終端生產(chǎn)測(cè)試的四個(gè)方面分別提供具體的測(cè)試建議，以供TD-SCDMA終端生產(chǎn)廠商參考。
TD-SCDMA 終端測(cè)試一站式解決方案案例。
射頻收發(fā)信機(jī)的校準(zhǔn)
終端射頻性能的優(yōu)劣直接取決于射頻收發(fā)信機(jī)的校準(zhǔn)，這是生產(chǎn)測(cè)試中最重要的環(huán)節(jié)。
終端收發(fā)信機(jī)的校準(zhǔn)包括對(duì)AGC(自動(dòng)增益控制)電壓、AFC(自動(dòng)頻率控制)電壓和APC(自動(dòng)功率控制)電壓三個(gè)核心參數(shù)的校準(zhǔn)；校準(zhǔn)的過(guò)程包括對(duì)應(yīng)測(cè)試、校驗(yàn)值計(jì)算(校驗(yàn)值調(diào)整)和校準(zhǔn)后數(shù)值寫入三個(gè)步驟。
1． AGC校準(zhǔn)
射頻收信機(jī)接收的信號(hào)具有很大的功率范圍，通過(guò)對(duì)AGC電壓的調(diào)整，可以使采樣前的基帶信號(hào)幅度維持在一個(gè)恒定的范圍。AGC電壓的校準(zhǔn)就是對(duì)控制電壓和接收信號(hào)功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，并將這種對(duì)應(yīng)關(guān)系寫入到存貯介質(zhì)，如E2 ROM。實(shí)際應(yīng)用中，AGC的控制電壓可能包括1～3級(jí)，分別表示為AGC1、AGC2、AGC3，同時(shí)，AGC的校準(zhǔn)可能還包括對(duì)低噪聲放大器(LNA)開(kāi)關(guān)的操作。
AGC的校準(zhǔn)需要的測(cè)試儀器是射頻信號(hào)源，該信號(hào)源能為被測(cè)終端提供較大功率范圍的連續(xù)波(CW)或特定調(diào)制信號(hào)。
TD-SCDMA模式AGC校準(zhǔn)操作步驟：
1） 通過(guò)物理層信控制命令使手機(jī)進(jìn)入TD-SCDMA測(cè)試模式，打開(kāi)TD-SCDMA接收機(jī)通道；
2） 根據(jù)AGC算法要求，通過(guò)信號(hào)源列表模式依次發(fā)射一組頻率和功率組合的下行TD-SCDMA RMC12.2k調(diào)制信號(hào)；
3） 配合步驟2，通過(guò)芯片廠商提供的AGC參數(shù)讀取指令讀取AGC參數(shù)；
4） 計(jì)算調(diào)整AGC參數(shù)，通過(guò)芯片廠商提供的AGC參數(shù)寫入指令將調(diào)整后的AGC參數(shù)值寫回E2 ROM。
其它模式，如GSM，AGC校準(zhǔn)的步驟與TD-SCDMA類似，所不同的是要求終端芯片廠商提供其它模式的物理層(L1)信令模擬軟件和控制接口(并口、串口或USB口)。
2． AFC校準(zhǔn)
AFC校準(zhǔn)是調(diào)整振蕩器的參考頻率，使手機(jī)發(fā)射出的信號(hào)具有正確的載波頻率。校準(zhǔn)的方法是設(shè)置手機(jī)在一系列特定的頻率上發(fā)射信號(hào)，使用信號(hào)分析儀測(cè)試該信號(hào)的頻率誤差，然后計(jì)算AFC的補(bǔ)償電壓，并將調(diào)整后的AFC電壓寫入E2 ROM。
TD-SCDMA模式AFC校準(zhǔn)操作步驟：
1） 通過(guò)物理層控制命令使終端進(jìn)入TD-SCDMA測(cè)試模式，打開(kāi)TD-SCDMA發(fā)射機(jī)通道；
2） 通過(guò)物理層信令模擬指令設(shè)定手機(jī)發(fā)射信號(hào)的頻率和功率；
3） 配合步驟2，使用2810信號(hào)分析儀的TD-SCDMA解調(diào)分析選件測(cè)量終端發(fā)射信號(hào)的頻率誤差；
4） 根據(jù)測(cè)量值計(jì)算調(diào)整AFC參數(shù)，通過(guò)芯片廠商提供的AFC參數(shù)寫入指令將調(diào)整后的AFC參數(shù)值寫回E2 ROM。
其它模式，如GSM，AFC校準(zhǔn)的步驟與TD-SCDMA類似，分析儀需具備這些模式信號(hào)頻率誤差的分析功能。
3． APC校準(zhǔn)
終端發(fā)射機(jī)發(fā)射的射頻信號(hào)功率值具有一定的控制范圍(功率等級(jí))，APC電壓的調(diào)整是實(shí)現(xiàn)不同發(fā)射功率的方法。對(duì)APC控制電壓的校準(zhǔn)，就是對(duì)控制電壓和發(fā)射功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，并把這種對(duì)應(yīng)關(guān)系寫入到存貯介質(zhì)。APC校準(zhǔn)所需要的測(cè)試儀器是信號(hào)分析儀，該儀器對(duì)終端發(fā)射的射頻信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)功率測(cè)試，被測(cè)信號(hào)可以是連續(xù)波信號(hào)也可以是特定調(diào)制的信號(hào)。實(shí)際的APC電路可能包括多級(jí)APC參數(shù)。
TD-SCDMA模式APC校準(zhǔn)操作步驟：
1） 通過(guò)物理層控制命令使終端進(jìn)入TD-SCDMA測(cè)試模式，打開(kāi)TD-SCDMA發(fā)射機(jī)通道；
2） 通過(guò)物理層信令模擬指令設(shè)定手機(jī)發(fā)射信號(hào)的頻率和功率；
3） 配合步驟2，使用信號(hào)分析儀對(duì)信號(hào)的功率進(jìn)行測(cè)試；
4） 重復(fù)2)和 3)，直到所有要求的頻率、功率點(diǎn)測(cè)試完畢；
5） 根據(jù)測(cè)量值計(jì)算調(diào)整APC參數(shù)，通過(guò)芯片廠商提供的APC參數(shù)寫入指令將調(diào)整后的APC參數(shù)值寫回E2 ROM。
其它模式，如GSM，APC校準(zhǔn)的步驟與TD-SCDMA類似，所不同的是要求終端芯片廠商提供其它模式的L1信令模擬軟件和控制接口。
射頻收發(fā)信機(jī)的測(cè)試
射頻收發(fā)信機(jī)的測(cè)試是檢驗(yàn)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后的終端基本功能和射頻性能的環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，終端射頻收發(fā)信機(jī)的測(cè)試遵從相應(yīng)的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)范對(duì)測(cè)試原理、測(cè)試方法和測(cè)試要求提出了明確的規(guī)定。規(guī)范所建議的測(cè)試方法需要使用理想的基站仿真器，這在實(shí)際應(yīng)用中非?？量蹋瑹o(wú)論是綜測(cè)儀還是信號(hào)源、分析儀都不能被稱作理想的基站仿真器。
信號(hào)源、信號(hào)分析儀充當(dāng)基站仿真器，具有更大的靈活性，更快的速度和更好的精度，更適合大規(guī)模的量產(chǎn)。針對(duì)信號(hào)源、信號(hào)分析儀信令弱點(diǎn)，可以利用芯片提供商的物理層L1控制命令和控制接口來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)。因而，這種方案是未來(lái)發(fā)展的方向。
TD-SCDMA終端收發(fā)信機(jī)測(cè)試參考的標(biāo)準(zhǔn)為3GPP TS25.122，對(duì)于大規(guī)模的生產(chǎn)測(cè)試，不可能(也不實(shí)際)測(cè)量規(guī)范中的所有要求項(xiàng)目，往往只要求測(cè)試與產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的關(guān)鍵項(xiàng)目。對(duì)協(xié)議的進(jìn)一步分析我們可以看出，協(xié)議測(cè)試項(xiàng)目包含了對(duì)終端信令軟件和終端收發(fā)信機(jī)硬件性能的測(cè)試。我們可以不完全遵照協(xié)議規(guī)定的測(cè)試流程，將測(cè)試項(xiàng)目集中在對(duì)終端收發(fā)信機(jī)硬件性能的測(cè)試上。
生產(chǎn)測(cè)試中建議發(fā)射機(jī)的測(cè)試項(xiàng)目有：UE最大輸出功率、UE頻率穩(wěn)定度、閉環(huán)功率控制、最小輸出功率、發(fā)射關(guān)閉功率、發(fā)射開(kāi)/關(guān)時(shí)間模板、占用帶寬、頻譜發(fā)射模板、鄰近信道泄漏比(ACLR)、雜散發(fā)射、誤差矢量幅度。
這里規(guī)定了發(fā)射機(jī)功率、頻率、動(dòng)態(tài)功率、頻譜和調(diào)制五個(gè)方面的指標(biāo)，我們可以將這些測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行合并，具體建議測(cè)試方法如下：
a) 通過(guò)物理層控制命令使終端進(jìn)入TD-SCDMA 12.2k RMC環(huán)回測(cè)試模式；
b) 設(shè)定頻點(diǎn)，并將終端發(fā)射功率設(shè)為最大；
c) 使用信號(hào)分析儀測(cè)試最大輸出功率、開(kāi)/關(guān)時(shí)間模板、發(fā)射關(guān)閉功率、占用帶寬、頻譜發(fā)射模板、雜散發(fā)射、鄰近信道泄漏比(ACLR)、頻率誤差、誤差矢量幅度等參數(shù)，所選信號(hào)分析儀需具備這些參數(shù)的分析功能能；
d) 改變頻點(diǎn)，重復(fù)c)，直到標(biāo)準(zhǔn)要求的三個(gè)頻點(diǎn)(高、中、低)測(cè)試完成；
e) 設(shè)定頻點(diǎn)，并按閉環(huán)功率控制要求的功率/時(shí)間關(guān)系(A~G段)設(shè)置發(fā)射功率，使用信號(hào)分析儀完成動(dòng)態(tài)功率測(cè)試；
f) 設(shè)置功率到最小，完成最小發(fā)射功率的測(cè)試
g) 改變頻點(diǎn)，重復(fù)e)，直到要求的頻點(diǎn)測(cè)試完成
生產(chǎn)測(cè)試中建議接收機(jī)的測(cè)試項(xiàng)目有：參考接收靈敏度和最大輸入電平，實(shí)際上就是接收誤碼率測(cè)試。
根據(jù)3GPP 34.122標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)試方法，我們可以按照如下步驟進(jìn)行測(cè)試：
a) 通過(guò)物理層控制命令使終端進(jìn)入TD-SCDMA 12.2k RMC環(huán)回測(cè)試模式；
b) 通過(guò)信號(hào)源產(chǎn)生BER測(cè)試所要求的信號(hào)，所選信號(hào)源需具備足夠長(zhǎng)度的TD-SCDMA波形產(chǎn)生功能，根據(jù)參考接收靈敏度和最大輸入電平所要求的功率電平設(shè)置信號(hào)功率；
c) 終端解調(diào)所接收的信號(hào)，并將解調(diào)比特通過(guò)控制接口(并口、串口或USB口)傳回計(jì)算機(jī)，利用芯片廠商提供的PN9 BER計(jì)算公式計(jì)算BER。將BER與標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行比對(duì)。
對(duì)于GSM等其它模式，我們可以利用類似的方法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定測(cè)試項(xiàng)目。
終端音頻測(cè)試
語(yǔ)音通信是終端的主要功能，也是用戶評(píng)價(jià)終端性能的一個(gè)重要方面。因此，對(duì)終端進(jìn)行嚴(yán)格的音頻測(cè)試是終端生產(chǎn)測(cè)試的一個(gè)重要方面。
如今的手機(jī)終端集成了更多的多媒體功能，為區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的手機(jī)，其音頻能力也必須提高或改進(jìn)。雖然語(yǔ)音呼叫可依然使用單聲道且保真度相對(duì)較低，但音樂(lè)和視頻功能卻需要使用更高的采樣速率來(lái)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的立體聲再現(xiàn)。
因此，建議將終端的音頻測(cè)試分為兩個(gè)方面：語(yǔ)音通信音頻測(cè)試和多媒體功能音頻測(cè)試。使用的儀表為Keithley 2015音頻分析儀。
1. 語(yǔ)音通信音頻測(cè)試
針對(duì)TD-SCDMA終端(包括GSM模式和TD-SCDMA模式)，我們需要參考的標(biāo)準(zhǔn)為 3GPP TS 51.010、TS26.131和TS26.132。以下是標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的音頻測(cè)試項(xiàng)目。
實(shí)際生產(chǎn)中，一般將以上測(cè)試項(xiàng)目簡(jiǎn)化為語(yǔ)音通信過(guò)程中，對(duì)語(yǔ)音響應(yīng)電平、頻率響應(yīng)特性、失真和噪聲的測(cè)量。
測(cè)試方法：
a) 把手機(jī)安裝到測(cè)試架上，把人工耳和手機(jī)的耳機(jī)孔密閉安裝；
b) 通過(guò)物理層信令模擬指令使終端進(jìn)入語(yǔ)音環(huán)回模式；
c) 音頻分析儀連接人工嘴，在參考點(diǎn)發(fā)送額定聲壓值的純單音，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變化頻率；
d) 音頻分析儀連接人工耳，測(cè)試仿真耳的輸出電平、頻率響應(yīng)特性、失真和噪聲。
2. 多媒體功能音頻測(cè)試
對(duì)新的音頻產(chǎn)品(如MP3和MD等)，對(duì)CODEC編碼/解碼器有特別的測(cè)試要求，需同一時(shí)間輸入多音測(cè)試信號(hào)(如需從22Hz-20kHz頻率范圍內(nèi)，按照1/3OCTAVE的分布產(chǎn)生31個(gè)多音信號(hào)，在同一時(shí)間輸出)，從而對(duì)CODEC作出響應(yīng)測(cè)試。
借助于專業(yè)音頻分析儀和專業(yè)音頻分析軟件，可以完成這樣的測(cè)試。
電源測(cè)試
終端的電池校準(zhǔn)、耗電特性和充電特性通過(guò)供電電源來(lái)檢驗(yàn)。雙通道電源設(shè)備可對(duì)終端進(jìn)行專業(yè)電源測(cè)試。這種測(cè)試方法在傳統(tǒng)生產(chǎn)線上被廣泛采用，這里不再具體討論。
評(píng)論