關(guān)于WI-FI檢測板測試以及常見故障淺析

作者/ 張秀鳳 張成成 劉可江 程磊 何洪峰 格力電器(合肥)有限公司(安徽 合肥 230088)

摘要：家電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，智能家居越來越成為主流。作為空調(diào)的智能控制部件的檢測板，其生產(chǎn)逐漸常態(tài)化和普遍化。在逐漸成熟的檢測板生產(chǎn)過程中也面臨不少制造問題。本文介紹了測試的基本原理以及檢測板常見的故障分析，便于總結(jié)生產(chǎn)質(zhì)量隱患，降低檢測板故障率。

前言

　　WIFI檢測板為空調(diào)智能控制的部件，在應(yīng)用時需連接當(dāng)前環(huán)境的無線網(wǎng)絡(luò)，通過用戶手機(jī)上的APP與該檢測板綁定，實(shí)現(xiàn)手機(jī)控制空調(diào)的目的。用戶不在家中時也可利用手機(jī)提前對空調(diào)進(jìn)行控制，達(dá)到遠(yuǎn)程操作的目的。檢測板便利的用戶的操作，但因其體積小，元器件封裝小的特點(diǎn)， 在生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制就成為了難題。焊接以及AOI外觀檢驗均存在難度。本文在簡述其原理后，對易出現(xiàn)的故障進(jìn)行了淺析和總結(jié)，便于生產(chǎn)控制異常，降低檢測板故障率。

1 無線網(wǎng)絡(luò)概念與WI-FI原理概述

1.1 無線網(wǎng)絡(luò)概念

　　802.11a/b/g/n，其實(shí)指的是無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，細(xì)分為802.11a、802.11b、802.11g、802.11n等。這幾種不同的無線協(xié)議都是由802.11演變而來的。802.11是IEEE最初制定的一個無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中的用戶與用戶終端的無線接入;802.11a工作在5G頻段，最高速率54Mbit/s，主要用于遠(yuǎn)距離的無線連接;802.11b工作在2.4GHz，最高速率11Mbit/s，已逐步淘汰;802.11n為雙頻工作模式(包含2.4GHz和5GHz兩個工作頻段)，最高速率可達(dá)到600Mbit/s。802.11 a/b/g/n協(xié)議調(diào)試方式、覆蓋范圍和兼容性等對比如表1。

1.2 WI-FI的原理

　　無線信號基本架構(gòu)主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩個構(gòu)成，發(fā)射機(jī)主要將數(shù)據(jù)包經(jīng)編碼、調(diào)試、混頻后，經(jīng)振蕩器調(diào)試到無線電波信號上，再由二級功放器發(fā)出;接收機(jī)將受到的無線電波調(diào)解，即還原原始數(shù)據(jù)。

　　1)發(fā)射機(jī)準(zhǔn)則:在有限的頻帶內(nèi)傳輸最多的信息，接收機(jī)最容易解調(diào)。帶內(nèi)信號功率滿足要求，帶外雜散信號鄰信道泄露功率小。如圖1所示。

　　2)接收機(jī)準(zhǔn)則：放大有用信號，減小接收帶寬，抑制無用的鄰道信號和雜散信號，最大限度地對發(fā)射信號無誤解地解析如圖2所示。

　　3)我司W(wǎng)IFI檢測板使用的是QCA4004系列，該芯片集成了當(dāng)前所有主流通信接口：UART、SPI、IIC、IIS、USB2.0以及WIFI，內(nèi)置802.11協(xié)議，應(yīng)用包括主流電器(例如空調(diào)、洗衣機(jī)、熱水器等)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、以及用于家庭照明、安全監(jiān)控設(shè)備和自動化系統(tǒng)的傳感器、智能插座，被譽(yù)于物聯(lián)網(wǎng)神器。

2 測試原理和測試方案

2.1 測試原理

　　1)校準(zhǔn)測試

　　Calibration(校驗)是無線測試環(huán)境架設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到測試出的產(chǎn)品是否符合產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性，測試環(huán)境的穩(wěn)定性、標(biāo)準(zhǔn)性會影響產(chǎn)品合格率。因此要提高認(rèn)識，重視線損的校驗，確保操作規(guī)范及校準(zhǔn)值的精確性。

　　假設(shè)：校準(zhǔn)范圍：18-19，TX范圍：17-20，實(shí)際線損為10dB，C為軟件中填寫的線損。

　　校準(zhǔn)方法：首先電腦通過廠測軟件，控制DUT發(fā)送power，假設(shè)POWER為A，則IQXEL檢測到的POWER為B:A-10=B;然后電腦通過廠測軟件將B+C=D(D=A-10+C)，然后我們看到的顯示值就是D，D要處于我們所要求的范圍內(nèi)(18-19之間)。

　　如果C與10dB相等，則D與A的結(jié)果就相等;如果C比10dB大，在D保持在一定范圍內(nèi)的情況下，則A就會相應(yīng)地減小，這就導(dǎo)致DUT實(shí)際發(fā)射的功率偏小;如果C比10dB小，在D保持在一定范圍內(nèi)的情況下，A就會相應(yīng)地增大，這就導(dǎo)致DUT實(shí)際發(fā)射的功率偏高。

　　2)發(fā)射測試

　　通過ATsuite軟件控制DUT發(fā)射固定模式、信道、速率和功率的信號，但是這個發(fā)送的信號是依據(jù)之前校準(zhǔn)值來發(fā)送的。如之前校準(zhǔn)時的增益為32，TX就會根據(jù)這個值來通知DUT發(fā)送信號，IQXEL對接收到的信號進(jìn)行分析，例如EVM、Spectrum mask、TX 功率、頻偏等。

　　3)接收測試(接收靈敏度)

　　通過ATsuite軟件控制IQXEL向DUT發(fā)送一定數(shù)量的數(shù)據(jù)包，有DUT反饋出接收到與丟失包的數(shù)量，該功率既為DUT接收靈敏度。

2.2 測試方案

　　我司使用ATsuite_3.0測試軟件配合IQxel無線綜測儀和測試工裝對WIFI檢測板性能測試，整個測試分為33個步驟，具體測試步驟如下：

　　1)ATC_CONNECT_TESTER，連接測試設(shè)備，判斷測試儀型號及序列號等;

　　2)ATC_INSERT_DUT，加載檢測板的測試DLL組件和固件版本;

　　3)ATC_INITIALIZE_DUT，加載檢測板驅(qū)動程序，確定檢測板與電腦正常連接，若正常連接對檢測板進(jìn)行初始化，將檢測板調(diào)試成網(wǎng)卡模式;

　　4)WIFI_11AC_TX_CALIBRATION，WIFI模塊發(fā)射頻率校準(zhǔn)，包括發(fā)射功率及頻偏的校準(zhǔn) ;

　　5-16)WIFI_11AC_TX_VERIFY_ALL，2.4GHz頻段WIFI總共有14個信號頻道，1-14信道頻率：2412+(n-1)*5 MHz，每個信道的帶寬是22MHz，但整個2.4GHz頻段內(nèi)只有3個互不重疊的信道：1、6、11 (或者2、7、12…)。

　　測試軟件在模擬在Tx Power(發(fā)射功率)、Bandwidth(帶寬)變化的情況下信號頻道內(nèi)低(2412)、中(2437)、高(2472)頻率是否符合802.11協(xié)議要求的發(fā)射測試項目，發(fā)射(TX)測試項目和指標(biāo)范圍如下：

　　EVM(發(fā)射機(jī)星座圖差錯/發(fā)射調(diào)制精度) 合格指標(biāo) (-10.0 dB ~ -80.0 dB)

　　Freq Error(發(fā)射中心頻偏)

　　Sym Clk Error(符號時鐘容限)

　　Power(功率) 合格指標(biāo) (19.5 dBm ~ 16.5 dBm)

　　LO Leakage(本振泄露) 合格指標(biāo) (-15.0 dBc ~ -100.0 dBc)

　　Spectrum Mask(頻譜模板) 合格指標(biāo) (2.0 %~ 0.0%)

　　17-28)WIFI_11AC_RX_VERIFY_PER，測試軟件模擬在Data Rate(傳輸速率)、Bandwidth(帶寬)變化的情況下信號頻道內(nèi)低(2412)、中(2437)、高(2472)頻率是否符合802.11協(xié)議要求的接收測試項目，接收測試項目主要為接收靈敏度/誤報率(PER)，誤碼率不超過8%~10%。

　　接收測試過程：IQxel無線測試儀發(fā)送數(shù)據(jù)包給檢測板，控制軟件統(tǒng)計檢測板接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)量，計算出誤報率。例如發(fā)1000個數(shù)據(jù)包，產(chǎn)品收到950個良好的數(shù)據(jù)包，那么誤報率PER為 (1000-950)/1000*100%=5%。

　　29)ATC_WRITE_MAC_ADDRESS，寫入MAC地址;

　　30)ATC_WRITE_EEPROM，寫入發(fā)射功率及頻偏的校準(zhǔn)值;

　　31)ATC_READ_MAC_ADDRESS，校驗MAC地址碼是否一致;

　　32)ATC_TESTER_RELEASE_CONTROL，釋放測試儀的測試RF端口控制權(quán);

　　33)ATC_REMOVE_DUT，斷開WI-FI檢測板連接。