基于串口通信開發(fā)的BLE芯片測(cè)試平臺(tái)

低功耗藍(lán)牙模塊（BLE) 指的是藍(lán)牙4.0 版本以上的模塊，也是建立在傳統(tǒng)藍(lán)牙基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的，并區(qū)別于傳統(tǒng)模塊，最大的特點(diǎn)就是成本和功耗降低，應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求比較高。

市場(chǎng)上低功耗的藍(lán)牙芯片受用戶的喜愛度更深，因?yàn)樗梢越档碗娮釉O(shè)備的功耗和成本，滿足用戶的需求。BLE藍(lán)牙芯片有以下特點(diǎn)：低能耗藍(lán)牙芯片具備經(jīng)典藍(lán)牙芯片的自適應(yīng)AFH技術(shù)，可穩(wěn)定低能耗藍(lán)牙芯片的傳輸，因此低能耗藍(lán)牙芯片具有可靠性、安全性和穩(wěn)定性；連接范圍高達(dá)300 m；當(dāng)活動(dòng)停止時(shí)，BLE 藍(lán)牙芯片大部分處于休眠狀態(tài)，這樣可以降低設(shè)備的功耗；集成性和易用性；可以兼容BLE藍(lán)牙技術(shù)和經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)，兼容性強(qiáng)，還可以實(shí)現(xiàn)小型電池供電設(shè)備的高性價(jià)比。

要保證BLE 藍(lán)牙芯片測(cè)試的高效性，本文基于現(xiàn)有藍(lán)牙測(cè)試儀表針對(duì)某款芯片的測(cè)試方案開發(fā)藍(lán)牙芯片測(cè)試平臺(tái)，完成藍(lán)牙芯片的一鍵式自動(dòng)化測(cè)試。

1   GMSK調(diào)制

GMSK 調(diào)制是基于 MSK 調(diào)制的，MSK 本身就是一種連續(xù)相位頻率偏移調(diào)制，在MSK 信號(hào)的基礎(chǔ)上，為了改善信號(hào)的旁瓣衰減性能，人們提出了在MSK 調(diào)制器前端增加一個(gè)濾波器進(jìn)行預(yù)調(diào)制的設(shè)想，引出了最小高斯頻移鍵控（GMSK）的思想。雙極性脈沖序列在通過(guò)高斯低通濾波器后，其信號(hào)波形更加平滑，經(jīng)MSK調(diào)制器調(diào)制后，產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)的相位路徑更加平滑，功率譜的旁瓣衰減性能更好。GMSK 調(diào)制器實(shí)現(xiàn)如圖1所示。

圖1 GMSK調(diào)制器

2   非標(biāo)藍(lán)牙信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙信號(hào)的區(qū)別

針對(duì)藍(lán)牙信號(hào)的兩種測(cè)試模式，一種模式是芯片發(fā)出GMSK調(diào)制信號(hào)，另一種是標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙測(cè)試信號(hào)，即帶有藍(lán)牙數(shù)據(jù)包信息的前導(dǎo)。圖2是兩種信號(hào)頻率偏移（Frequency Deviation）差異。

圖2 兩種藍(lán)牙芯片信號(hào)的區(qū)別

3   測(cè)試方案

針對(duì)藍(lán)牙芯片發(fā)出的GMSK 調(diào)制信號(hào)，時(shí)域信號(hào)類似于連續(xù)波，這種模式的信號(hào)對(duì)測(cè)試包的起始位置沒(méi)有特殊要求，只需要抓取足夠長(zhǎng)的信號(hào)，進(jìn)行符號(hào)同步，進(jìn)而進(jìn)行測(cè)試項(xiàng)的計(jì)算即可。

針對(duì)正常的藍(lán)牙包信號(hào)，在時(shí)域上是有GAP 的，在抓取芯片信號(hào)的時(shí)候可以用沿觸發(fā)進(jìn)行抓取整包數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行正常藍(lán)牙信號(hào)的解調(diào)分析。

藍(lán)牙芯片的測(cè)試連接圖見圖3。

圖3 藍(lán)牙芯片的測(cè)試連接圖

針對(duì)藍(lán)牙芯片發(fā)出的兩種信號(hào)，具體的測(cè)試流程見圖4。

圖4 藍(lán)牙芯片信號(hào)處理流程

具體過(guò)程描述如下：

1）控制藍(lán)牙芯片發(fā)送GMSK 調(diào)制信號(hào)（payload類型11110000）， 儀表配置信號(hào)觸發(fā)模式為“FreeRun”，F(xiàn)PGA 采集數(shù)據(jù)并保存如DDR 中；

2）ARM 層從DDR 中取所需長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包等預(yù)處理，上傳到驅(qū)動(dòng)層；

3）驅(qū)動(dòng)層控制完成對(duì)信號(hào)的解調(diào)分析，并計(jì)算一些需要的測(cè)試項(xiàng)；

4）PC 完成剩余測(cè)試項(xiàng)的計(jì)算，并統(tǒng)計(jì)測(cè)試結(jié)果上報(bào)；

5）控制藍(lán)牙芯片發(fā)送GMSK 調(diào)制信號(hào)（payload類型10101010）， 儀表配置信號(hào)觸發(fā)模式為“FreeRun”，F(xiàn)PGA 采集數(shù)據(jù)并保存如DDR 中；

6）重復(fù)步驟2~4，完成對(duì)GMSK 調(diào)制信號(hào)的測(cè)試。

7）控制藍(lán)牙芯片發(fā)送BLE 藍(lán)牙信號(hào)（payload 類型11110000），儀表配置信號(hào)觸發(fā)模式為“沿觸發(fā)”，F(xiàn)PGA 采集數(shù)據(jù)并保存如DDR 中；

8）重復(fù)步驟2~4。

9）控制藍(lán)牙芯片發(fā)送BLE 藍(lán)牙信號(hào)（payload 類型10101010），儀表配置信號(hào)觸發(fā)模式為“沿觸發(fā)”，F(xiàn)PGA 采集數(shù)據(jù)并保存如DDR 中；

10）重復(fù)步驟2~4，完成對(duì)BLE 藍(lán)牙信號(hào)的測(cè)試；

11）根據(jù)測(cè)試需要切換頻點(diǎn)，重復(fù)測(cè)試步驟1~10。

4   實(shí)例應(yīng)用

將此方法應(yīng)用于XX 型號(hào)藍(lán)牙芯片測(cè)試，連接圖如圖5所示。

圖5 XX型號(hào)藍(lán)牙芯片測(cè)試測(cè)試連接圖

啟動(dòng)測(cè)試軟件，完成芯片測(cè)試，測(cè)試結(jié)果（BLE2M）見圖6。

圖6 芯片測(cè)試結(jié)果(BLE2M)

由測(cè)試結(jié)果可見，本平臺(tái)完成XX 型號(hào)藍(lán)牙芯片測(cè)試，測(cè)試結(jié)果均在芯片給定的指標(biāo)范圍內(nèi)。

5   結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)XX 型號(hào)藍(lán)牙芯片，基于現(xiàn)有藍(lán)牙測(cè)試儀表設(shè)計(jì)藍(lán)牙芯片自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)設(shè)計(jì)藍(lán)牙芯片和測(cè)試儀表的控制流程，完成對(duì)藍(lán)牙芯片的一鍵式自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)穩(wěn)定可靠，可應(yīng)用于藍(lán)牙芯片的產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)試。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 張振環(huán).基于藍(lán)牙的無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京:北京郵電大學(xué),2008.

[3] 劉建泉.一種藍(lán)牙射頻自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)[D].上海:上海交通大學(xué),2016.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年1月17日）