利用先進的校準測試方法降低移動設備的成本

利用先進的校準測試方法降低移動設備的成本

如今消費者利用10年前連聽都沒有聽說過的各種方式使用移動設備已是很平常的事情了。無論是在他們喜愛的咖啡館瀏覽網頁，通過無線耳機聽立體聲音樂，或者是在橫跨泛太平洋到中國后下載大容量文件，對所有這些先進功能的需求都給移動設備OEM廠商增添了不小壓力。

這些額外的功能一方面意味著需要添加額外的頻段，另一方面還意味著將增加成本。為了保持已經很薄的利潤空間，這些成本將轉嫁到消費者身上。然而，轉到消費者身上的成本也必須得到控制以便能夠在價格競爭日趨激烈的市場上具有有效的競爭力。既增加功能又要具有競爭力，OEM廠商的唯一方案就是在產品的設計和生產中實現積極的變革。

移動設備的成本除市場成本外主要包括材料(BOM)、裝配和測試。隨著功能增加，導致元器件數量增加，BOM和裝配成本似乎也將增加。通過將多功能集成到單芯片或模組中可以降低BOM成本，但這還要取決于芯片提供商的技術開發(fā)水平，一般來說OEM廠商是無法控制的。裝配成本可以通過低勞動成本和高自動化生產水平來降低，不過這些可能都已經整合到OEM產生的制造流程中了。

剩下來的就是測試了。由于測試的基本目的是確保設備質量，故必須非常小心，以便降低測試成本的同時不會降低產品的質量。

測試成本和時間相結合

廠商的測試成本包括操作員、夾具和測試設備本身成本，還有標準夾具無法提供而又必需的輔助連接產品(touches)方面所需的勞動力成本。移動設備的測試成本將隨著測試時間正比例變化。能夠成功地減少測試時間的廠商將能夠有效地降低成本。

測試時間通常與設備多用頻段和模式的數量成正比。假定其他所有都一樣，一個4頻段的GSM手機的測試時間將大致為單頻段手機的4倍。一個雙模4頻段/3頻W-CDMA手機的測試時間將大約為單頻W-CDMA手機的7倍。隨著藍牙，WLAN，甚至更多的全球頻段被整合到RF和基帶處理器中，測試時間只能增加，除非改變生產工藝。

傳統(tǒng)測試與現代測試

在80、90年代，移動設備的功能測試靠的是呼叫測試。測試中呼叫處理所需的時間在總測試時間中占據著很大部分。例如，對于每次呼叫來說，在測試之前CDMA移動設備的注冊和呼叫建立就需要30秒以上的時間。

除了基于呼叫的功能測試時間代價外，由于測試設備內部的處理能力的限制，也意味著在校準和功能測試階段中無法同時進行發(fā)射和接收測試。假定接收測試為10秒，而發(fā)射測試為4秒，該串行測試也會比并行測試多出40%的時間。

起初，環(huán)回比特誤差率(BER)測量目的是確定設備接收機功能是否正常。由于BER實質上采用的是統(tǒng)計方法，故需要發(fā)出大量的比特并進行測量。對如此多的比特進行測試等效于大量的測試時間，從而增加了額外的測試成本。先進的減少時間的測試策略包括：

* 采用接收/發(fā)射并行測試

* 省去功能測試階段中的呼叫

* 利用新的基于C/N的接收機測量來取代BER測量

* 采用快速校準模式

上述所有策略都要求在移動設備芯片中存在非標準測試模式。芯片中所實現的測試模式效率將實際影響OEM廠商工廠所需的投資。故采用較貴并具有較好校準和測試模式的芯片的產品設計在后續(xù)的制造階段將有效地節(jié)省成本。

制造測試流程

在傳統(tǒng)手機設備制造過程的開始階段，進入生產線的是裸板(PCB)，然后機器手將元器件和焊膏放置到電路板上，然后進行回流焊(對于反面重復上述流程)，其后是校準裝配好的PCB。在第二階段，將鍵盤，顯示器，以及其他的模組和元器件安裝到PCB上，隨后進行最后的測試。有時，在組裝好機殼和電池后還有進行語音呼叫測試，以確保在裝入用戶配件和發(fā)運前設備能正常工作。

校準方法

移動設備校準通常包括一系列的頻率/功率設置，并利用測試設備和移動設備進行功率測量。

對于接收機校準，一體式的測試儀(OBT)能夠為移動設備提供一個校準的已調信號。移動設備然后進行接收測量，根據OBT產生的電平與設備接收到的電平差產生一個校準因子并存儲在存儲器中。該過程需在每個頻段的多個頻點上重復，每個頻點上還有采用多個不同的功率電平。

對于發(fā)射機校準，移動設備被設置到指定的頻率和功率電平上，然后OBT測量電平，根據移動設備所產生的電平與OBT測得到電平，產生一個校正因子并存儲在存儲器中。同接收機校準一樣，需要在每個頻段的不同頻點上重復該過程，每個頻點上也要求采用數個不同的功率。

為了縮短測量周期并能同時測量移動設備的發(fā)射機和接收機，業(yè)界開發(fā)出了幾種快速校準模式。要實現最高測試速度，這些方法取決于移動設備與OBT之間的同步。

如果校準一臺W-CDMA4頻段設備的發(fā)射機，每個頻段上選15個頻點，每個頻點上選20個功率電平，就需要1200次發(fā)射測量。加上同一頻段的接收機測量為600次，則總測量次數為1800次。假定利用一般的OBT和移動設備設置來串行地進行這些測量，測量時間需要40ms，總的設備校準時間為72秒。如果采用并行測量模式和快速校準模式，測量時間可以大幅減小到25秒(見圖1)。

圖1：快速校準測試與傳統(tǒng)測試所需的時間對比。

終測方法

移動設備的終測通常包括在各種不同的頻率和功率上測量Tx和Rx參數的測量。這一測量的目的是確保設備能夠符合規(guī)范。

在傳統(tǒng)的終測中采用呼叫處理，頻率和功率的改變需要通過呼叫處理來實現。接收機測試需用環(huán)回數據的測量來實現，在絕大多數情況下以基于一個呼叫處理的測試模式為基礎。

在無需呼叫處理的現代終測中，無論是頻率和功率電平的改變都是通過主機接口對移動設備進行直接控制來實現的，因而測試時間要快得多。取代接收機環(huán)回測試，采用載噪比測量，并將結果報告給測試系統(tǒng)。

對于上述W-CDMA 4頻段設備的校準，如果每個頻段測試3個頻點(低，中，高)，每個頻點上3個電平，則Tx測試就要在36個點上提取參數數據。再假定Rx需要12個點，基于呼叫的Tx測量時間為100ms/點，環(huán)回接收機測試為10秒，而C/N Rx測量時間僅為100ms，基于呼叫處理的信道/電平改變時間為15ms，而基于直接控制的信道/電平改變時間僅為5ms，這樣自然就實現了測試時間的大幅減小，如圖2所示。

圖2：C/N測試與基于呼叫的環(huán)回測試時間比較。

快速校準模式的實現

無論是移動設備還是OBT，高速校準采用特定的測試模式，來實現盡可能快的測試速度。有些OBT通過可視作為用來縮短OEM廠商測量時間的測量例程，提供了許多這類特定的測試模式。應注意的是這些工具是沒有用的，除非在所用的芯片集中能夠采用一個等效的模式。

一個多觸發(fā)測量(圖3)模式提供了在一個單信道上快速測量GSM移動設備的輸出功率的方法，功率電平可以多達500個。該方法的一個優(yōu)點是，對芯片集的修改較小。缺點是沒有Tx/Rx并行測量，還需要多個序列，具體取決于被測的Tx信道數量。

圖3：在單信道上實現GSM移動設備快速測量的多觸發(fā)測量。

由于EDGE調制可能包括一個在GSM調制中所沒有的幅度的較大變化，需要采用一個特定的校準技術來補償這一變化。預失真測量可以實現這一校準，具體方法是校準設備中的功率放大器的相位與功率的關系。

第一種的預失真測量是當輸入功率按方波變化時測量功率和相位。圖4所示即為該類測量，該測量中采用了500個相鄰的測試周期，周期長度從200μs到4.6ms之間可調。

圖4：輸入功率以方波變化時測量功率和相位的預失真測量。

第二種預失真測量是在輸入功率按三角波形時變化時測量功率和相位。圖5中，測量在8192個點上進行，采樣率為1.625MHz。該方法在階段的時間內提供了更多的數據，相對于第一種預失真測量，在芯片集上實現的難度可能會大一些。

圖5：輸入功率以三角波形時變化時測量功率和相位的預失真測量。

Tx/Rx與頻率關系的測量提供了一種方法，可以在各頻點和功率電平上快速地測量功率并產生已調信號。該測量是真正的Tx/Rx并行測量，故測試速度是當前可用的最快校準技術。

該測量中，輸入和輸出信號被重組成“序列”和“段”。如圖6所示，每個序列包含一系列指定輸入和輸出頻率上的測量，幅度是變化的。每個序列中，可以測量總共39個功率步進，并同時輸出。每段的長度設置為20ms。

圖6：目前測試速度最快的Tx/Rx并行測量，每個序列包含一系列指定的輸入和輸出頻率。

多功率測量類似于多脈沖Tx測量，除了不再使用GSM時隙和幀結構之外，測量在移動設備上按鄰近的步進進行。然而這并非真正的并行測量，該方法是多脈沖Tx測量的改進，因為沒有幀中的死區(qū)，故允許測量連續(xù)進行。被測步進的數量為10-80，每個步進的周期為2-40ms，如圖7所示。

圖7：多功率步進測量。

結論

現代的測試方法通過大幅地減小校準和終測階段的測試時間，為OEM廠商提供了降低日趨復雜的設備的成本。該方案是OEM廠商所需的、具有成本效益的解決方案，同時增加了消費者期望的功能。領先的測試方案提供商能夠通過將測試整合到新一代的OBT中，使OEM廠商實現這些先進的測試方案。隨著業(yè)界在未來幾年里實現4G網絡和設備，有望實現更新和更快的測試解決方案。