ZigBee RF實體層測試挑戰(zhàn)

從開發(fā)到完成成品的過程中，實體層的測試與量測在很多環(huán)節(jié)都很重要。也因此本文與ZigBee“食物鏈”中的許多廠商都有相關(guān)，不論最后的硬件實作究竟會采取何種方法來進行。位居整個食物鏈之首，ZigBee晶片廠商已經(jīng)開始設(shè)計他們的新一代系統(tǒng)整合單晶片（SoC）解決方案。他們必須保證：
? 符合規(guī)格
? 藉由自動化來有效分析他們的設(shè)備的特性
? 透過制程監(jiān)控來達到嚴格的容忍度
? 品質(zhì)
? 相互操作性
? 準確的資料表資訊
? 為客戶提供適當?shù)墓ぞ?BR>
晶片組大廠已經(jīng)開始投入開發(fā)他們自己的參考設(shè)計，他們必須準確分析晶片組的特性，并定義資料表規(guī)格（datasheet specifications），以使設(shè)計能夠在產(chǎn)業(yè)中成功地復制。這是一個持續(xù)優(yōu)化品質(zhì)控制、采自動化作業(yè)方式來加速研究、以及釋出RF實驗室設(shè)備的過程。廠商還必須為他們的客戶提供適當?shù)墓ぞ?，包括測試與量測專業(yè)技術(shù)。

本文以安捷倫科技的N4010A單機測試器和89601A向量信號分析儀（VSA）等測試解決方案為例，廠商可以輕易地分享測試專業(yè)技術(shù)和自行開發(fā)的測試碼，也可以用來處理Bluetooth和WLAN等其他的無線技術(shù)。測試挑戰(zhàn)
模組設(shè)計廠商扮演整合者的角色，他們有機會修改設(shè)計及生產(chǎn)RF模組。舉例來說，他們可以拿掉向外取得許多元件的需要，來提升他們的解決方案的價值，即使是SoC解決方案也一樣。他們也能選擇提供先期認證解決方案，并完成幾乎所有的RF測試。但顯然許多投入ZigBee技術(shù)的廠商都是第一次接觸RF，在照明設(shè)備、消費者白色家電（white goods）及保全設(shè)施等領(lǐng)域?qū)嵶餍碌募夹g(shù)。當成品的RF部分差不多完成時，必須進行測試與量測以確?，F(xiàn)場安裝能夠成功。舉例來說，在取得模組、建立自訂設(shè)定檔（profile）和修改天線之后，便可將終端設(shè)備安裝到工業(yè)環(huán)境，然后開始監(jiān)控干擾和功率位準。

在以上所有的情況中，都必須使用適當?shù)脑O(shè)備，在最快的時間內(nèi)完成開發(fā)，而此設(shè)備必須能夠自動化，以便在整個生命周期中提供可追蹤的結(jié)果，同時還得具備彈性和經(jīng)濟的優(yōu)點，以解決實驗室廣泛使用的需求與營運上的壓力。以安捷倫的N4010A無線連接測試器解決方案為例，它是一臺單機測試器，可用來解決許多ZigBee開發(fā)人員及處在此“食物鏈”不同環(huán)節(jié)的工作人員所面對的各種RF挑戰(zhàn)。不論采取何種方法來完成成品，在測試與量測的需要上都一樣重要。此外，在整個開發(fā)過程中，也值得考慮未來的測試需求，例如在選定的軟件環(huán)境中應(yīng)用自動化測試方法。 Agilent ZigBee解決方案
89601A向量信號分析軟件是一個基于PC的套裝軟件，被設(shè)計用來量測大多數(shù)數(shù)字調(diào)變信號的RF和調(diào)變品質(zhì)。大量的解調(diào)器、濾波器、顯示圖和分析工具，使這個軟件很適合用來評估及除錯研發(fā)實驗室中的調(diào)變信號。就802.15.4 / ZigBee而言，這個軟件針對三個不同的頻帶提供了解調(diào)預設(shè)（presets）。
　

圖1：Agilent 89601A ZigBee 2.4 GHz解調(diào)畫面
　

ESA頻譜分析儀提供彈性的遮罩測試，而89601A也可以用來延伸它的能力。PSA系列頻譜分析儀亦提供彈性的遮罩測試，但透過彈性的解調(diào)選項（選項241），還可提供ZigBee信號的數(shù)字調(diào)變分析，包括EVM、偏移EVM、眼圖和星狀圖。在產(chǎn)生信號方面，ESG系列向量信號產(chǎn)生器針對IEEE 802.15.4 / ZigBee信號提供了即時產(chǎn)生任意波形的能力。

針對新興通信的研發(fā)、整合和驗證及制造，Agilent提供N4010A無線連接測試器，它可為研發(fā)到生產(chǎn)的各個環(huán)境提供可追蹤的量測。將N4010A搭配89601A向量信號分析儀軟件使用，可執(zhí)行一系列完整的ZigBee發(fā)射器測試，而N4010A內(nèi)部彈性的任意波形產(chǎn)生器，則可用來設(shè)定、排序及播放接收器測試所需的信號。ZigBee信號可透過以下幾種方式來產(chǎn)生或取得：使用Matlab之類的程式、從設(shè)備擷取實際的信號并下載到N4010A存儲器或搭配安捷倫的其他儀器來產(chǎn)生，還可提供依據(jù)的標準（traceability）。比方說，以下是N4010A單機測試器搭配89601A VSA軟件與具備最高IFBW（10MHz）的PSA的量測結(jié)果比較表。
　

表1：N4010A無線連接測試器搭配89601A VSA軟件 vs. PSA的解調(diào)結(jié)果摘要表
　

在不使用平均法及考慮寬頻PSA量測信號旁帶的情況下，二者的結(jié)果有相當高的一致性。

IEEE 802.15.4 / ZigBee發(fā)射器量測
89601A VSA軟件可讓測試工程師任意修改設(shè)定以進行實驗和測試，例如研究問題、改善設(shè)計、及瞭解發(fā)射器測試的測試參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗，瞭解相關(guān)的量測參數(shù)，將有助于提升測試效率。既然瞭解使用設(shè)定和記錄的好處，下一個合理的步驟就是使用巨集功能，依據(jù)這些設(shè)定和記錄來進行設(shè)計。89600全系列產(chǎn)品都使用VBScript作為巨集程式語言。VBScript是以Visual Basic程式語言子集為基礎(chǔ)的一種受歡迎的描述語言（scripting language）。89601A提供了記錄、儲存、執(zhí)行、叫出及編輯巨集所需的一切工具。編輯可以在程式中，或使用外部程式碼編輯器來執(zhí)行。

89600 VSA軟件環(huán)境中的這種自動化操作，為試驗不同的程序和例行程式（routines）提供了良好的基礎(chǔ)。它以視覺的方式，來說明如何取得量測。舉例來說，這很可能是測試工程師第一次將使設(shè)備自動化（將設(shè)備設(shè)定在正確的發(fā)射狀態(tài)）的外部軟體與測試結(jié)果結(jié)合在一起，而且還可以根據(jù)初步的手動測試和評估，來微調(diào)測試自動化的過程。

在自動化過程的下一個階段，必須開發(fā)能夠在測試計畫范圍內(nèi)，將設(shè)備控制與測試特性分析更緊密整合在一起的軟件。89601A向量信號分析儀軟件為其元件物件模型（Component Object Model），提供了一個應(yīng)用程式介面（即COM API）。量測、計算和顯示物件，都可被用來控制量測設(shè)定、擷取結(jié)果及整合到測試計畫中。這些物件可供任何實作自動化的應(yīng)用軟件、程式設(shè)計工具或語言所使用，包括Agilent VEE、LabVIEW、Visual Basic和Visual C++。

如果在開發(fā)自訂軟件之前已經(jīng)有使用巨集，則許多程式碼都可被拿來運用。在一些情況中，記錄巨集并直接利用結(jié)果，會比使用每個簡單作業(yè)的COM API參考說明來得快。此外，也可使用程式來執(zhí)行已在使用中的巨集，并利用現(xiàn)有的設(shè)定檔案。

如同之前的討論，在選定的軟件環(huán)境中開發(fā)自訂測試的步驟并沒有太大的改變。比如下列的范例程式便是使用圖1的安捷倫圖形化程式語言Visual Engineering Environment（VEE）開發(fā)而成的。這個程式會實作一項測試計畫，以完成一些重要的發(fā)射量測。
　

圖2：Agilent VEE ZigBee發(fā)射器自動量測范例
　 IEEE 802.15.4 / ZigBee接收器量測
經(jīng)由控制N4010A任意波形產(chǎn)生器，可執(zhí)行ZigBee設(shè)備的接收器測試。以接收器的靈敏度為例，在這項測試中，N4010A內(nèi)建的任意波形產(chǎn)生器可用來將封包傳送到DUT，并且降低功率位準直到達到錯誤標準。以下圖表是使用Agilent VEE來控制設(shè)備和儀器，以執(zhí)行接收器靈敏度和鏈路品質(zhì)測試的結(jié)果。
　

圖3：Agilent VEE接收器量測范例