射頻模塊儀表PXI在手機(jī)生產(chǎn)測試上的應(yīng)用

如今的手機(jī)生產(chǎn)測試面臨越來越復(fù)雜的環(huán)境，一邊是多種頻段和多制式的挑戰(zhàn)，一邊是生產(chǎn)測試速度的壓力，同時還面臨測試成本的壓力。確定手機(jī)射頻參數(shù)和功能檢驗(yàn)測試的合適的深度和廣度是比較復(fù)雜的，它需要我們隨著生產(chǎn)線的變化，產(chǎn)品本身的成熟度的提升不斷尋找平衡點(diǎn)。射頻校準(zhǔn)在整個生產(chǎn)流程中，它是一個增加產(chǎn)品價值的步驟，它的測試要求直接與產(chǎn)品的設(shè)計有關(guān)。

生產(chǎn)測試流程

這里的生產(chǎn)測試不包括PCB（印刷電路板）生產(chǎn)，當(dāng)PCB投入到手機(jī)組裝線上時，生產(chǎn)測試流程開始，由此手機(jī)將經(jīng)歷5個操作步驟：

*固件下載；
*校準(zhǔn)(包括電池校準(zhǔn))；
*射頻特征測試；
*組裝；
*功能測試。

下載固件比較花費(fèi)時間，特別是固件程式比較大的時候。然而這個過程有另外的含義，它可以通過下載來驗(yàn)證很多的數(shù)字電路和數(shù)字I/O接口的好壞。在固件下載安裝完成后, 手機(jī)會進(jìn)行射頻校準(zhǔn)測試，校準(zhǔn)的作用就是不停調(diào)整手機(jī)某些參數(shù)（如增益值，頻點(diǎn)線性補(bǔ)償值等）來使射頻特征達(dá)到要求的目標(biāo)，然后把這些調(diào)整點(diǎn)的值寫入手機(jī)相應(yīng)的EPROM位置。射頻特征測試在校準(zhǔn)測試完成后驗(yàn)證校準(zhǔn)的效果，盡管這兩個流程是獨(dú)立的，但是他們通常共用一個測試站。在這個階段我們可以看到測試的復(fù)雜性，因?yàn)槭謾C(jī)通常是多模和多頻段的，這時候測試系統(tǒng)的設(shè)計變得尤為重要。最基本的要求是：能適應(yīng)不同的收發(fā)系統(tǒng)來調(diào)整電平線性度和在各個頻段的頻率響應(yīng)。有些情況下，手機(jī)有兩個獨(dú)立的收發(fā)機(jī)需要調(diào)整，同時固件需要支持測試模式來直接通過射頻線連接而非空中信令借口。

需要的測試項(xiàng)目會非常的龐大， 一般來說一個手機(jī)需要在每一個功率等級，在各個頻段的不同頻率點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整過程需要兩個步驟, 首先找到誤差所在，然后進(jìn)行修正并驗(yàn)證修正后的效果。發(fā)射機(jī)可以在調(diào)制模式和非調(diào)制模式下進(jìn)行校準(zhǔn)，例如對TDMA 系統(tǒng), 我們一般對發(fā)射機(jī)的突發(fā)脈沖進(jìn)行校準(zhǔn)，針對相應(yīng)的脈沖波型，測試工具需要在大的動態(tài)范圍內(nèi)非?？於覝?zhǔn)確地測量功率。圖1是基于PXI的射頻信號分析儀測試流程，PXI的數(shù)據(jù)傳輸和觸發(fā)響應(yīng)速度要大大高于傳統(tǒng)儀表，可以替代頻譜儀，功率計，綜合測試儀測量發(fā)射機(jī)射頻特征。

圖 1 基于PXI的射頻信號分析儀

接收機(jī)校準(zhǔn)在精確的穩(wěn)幅射頻信號的激勵下進(jìn)行，信號可以是連續(xù)波或者調(diào)制波，頻率可以設(shè)在所調(diào)頻率的中心或者某一偏移處。接收機(jī)進(jìn)行內(nèi)部的RSSI (接受信號強(qiáng)度指示) 測量，測量通常改變30個不同的輸入電平分別測量。在每一個輸入電平下，相對應(yīng)不同設(shè)定好的增益調(diào)整值，RSSI值從手機(jī)端被內(nèi)部讀取。接收機(jī)噪聲測量可以在沒有任何信號輸入的狀態(tài)下進(jìn)行。信號源的電平范圍會超過100dB，最大電平會超過0dBm以補(bǔ)償測試系統(tǒng)與待測物之間的線損。

校準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量因不同的手機(jī)方案和制造商而定。接收機(jī)校準(zhǔn)測試的時間跟接收機(jī)的特性有很大關(guān)系，比如改變電平和頻率后讀取RSSI所需要的穩(wěn)定時間。電平和頻率切換后的延時時間對于接收機(jī)非常重要，但是信號源本身電平和頻率穩(wěn)定時間也是不可忽視的，如果測試點(diǎn)非常多的話，針對信號源切換的穩(wěn)定延時時間也是非?？捎^的。接收機(jī)校準(zhǔn)可以用信號源或者射頻綜測儀。電平精度，電平重復(fù)性，穩(wěn)定性，穩(wěn)定時間都是非常重要的。如果電平和頻率切換是必須的，那么切換的可靠性是關(guān)鍵的因素。

在收發(fā)機(jī)校準(zhǔn)完成后, 在有限的測量點(diǎn)的范圍內(nèi)，通常要對整個收發(fā)機(jī)的射頻特征參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。對發(fā)射機(jī)特征參數(shù)驗(yàn)證包括：功率，調(diào)制誤差（可以用相位誤差或EVM的形式來表示），頻率誤差（測量調(diào)制信號的頻率是比較復(fù)雜的，需要現(xiàn)對調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)，這樣計算出來的頻率誤差是最準(zhǔn)確的）。另外，一些通常的頻譜測試也是必須的，例如ACP鄰道功率和射頻輸出頻譜。

接收機(jī)特征參數(shù)最多關(guān)注的接收靈敏度。在模擬系統(tǒng)中測的是SINAD，數(shù)字系統(tǒng)中通常測的是BER。BER 測試比較復(fù)雜，有很多方法來實(shí)現(xiàn)。 在GSM系統(tǒng)中, 接收機(jī)可以接收指令把它收到的數(shù)據(jù)通過發(fā)射機(jī)發(fā)回去，這被稱為回環(huán)模式（Loopback）?；丨h(huán)可以在接收路徑鏈中的不同位置被執(zhí)行，如果數(shù)據(jù)未經(jīng)任何處理被回環(huán)，那么只有BER可以被測量，但是測量速度會非常快。如果數(shù)據(jù)回環(huán)前經(jīng)過解碼，那么除了BER還有MER和FER可以被測量，這樣就可以測量接收機(jī)糾正錯誤數(shù)據(jù)的能力。MER和FER可以表示這種糾錯能力。

內(nèi)部BER測量是另外一種比較流行的BER測量方法，測量由手機(jī)固件內(nèi)部的代碼進(jìn)行，這增加了固件的復(fù)雜度，也增加了固件程序代碼的長度。也有人采用另外一種方案，那就是把未處理的符號數(shù)據(jù)由串口輸出進(jìn)行離線BER計算。

BER測量實(shí)際上測量的是接收機(jī)的射頻和基帶整體工作性能。在某些場合可以應(yīng)用接收機(jī)低靈敏度測試，通過單音或多音干擾信號用于測量接收機(jī)保持良好接受性能的能力。從它本身來說, BER 是一種統(tǒng)計測量方法，要使它精確必須采集足夠多的樣本符號數(shù)據(jù)，但也不能有冗余的數(shù)據(jù)，設(shè)定合理的樣本數(shù)據(jù)是非常有必要的.接收機(jī)和發(fā)射同時測量是可能的，同時進(jìn)行接收和發(fā)射校準(zhǔn)可以提升速度。更進(jìn)一步的是, 在某些TDMA系統(tǒng)中可以支持多時隙發(fā)射，比如在一個幀內(nèi)有7個時隙，可以在7個時隙用不同的用不同的功率等級來發(fā)射。

在產(chǎn)線上利用更多的非信令測試

隨著手機(jī)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，非信令測試逐漸成為生產(chǎn)測試的主流。越來越多的手機(jī)芯片廠商在測試模式下提供非信令的測試方法。同樣的測試項(xiàng)目，非信令模式可以比信令模式快上3~7倍。

傳統(tǒng)的射頻特征驗(yàn)證采用綜測儀的信令模式，信令模式下的測試的速度很大程度上取決于系統(tǒng)協(xié)議。使用空中接口來控制手機(jī)成了測試速度上的瓶頸，由于這個原因，越來越多的生產(chǎn)線在最終組裝前以非信令模式進(jìn)行手機(jī)射頻特征參數(shù)的驗(yàn)證測試，而在組裝后最終測試時只進(jìn)行功能檢查。這樣就能在快速地在手機(jī)組裝前定位射頻缺陷。

測量儀器的選擇

功率測量的工具通常是功率計，但頻譜儀和射頻綜測儀目前被廣泛的使用。 功率計的優(yōu)點(diǎn)是功率測量精度比較高。但如果測試系統(tǒng)保持經(jīng)常性地校準(zhǔn)和維護(hù)，這個優(yōu)點(diǎn)變得并不明顯。而功率計的缺點(diǎn)是用途比較單一，需要更多額外的測試設(shè)備，而且?guī)頊y試夾具的復(fù)雜性。更為重要的是, 單獨(dú)測量功率意味著別的校準(zhǔn)測量例如IQ調(diào)制校準(zhǔn)必須等待，造成許多測量串行進(jìn)行。而頻譜儀和射頻綜測儀就不存在這個問題，很多的測量可以在相同的信號樣本數(shù)據(jù)下同時進(jìn)行。

通用的頻譜儀在零頻寬（zero span）模式下測量功率會比較快，這種模式下頻譜儀可以看作是調(diào)諧接收機(jī). 功率測量會通過一個濾波器進(jìn)行，濾波器帶寬可以由系統(tǒng)定義. 頻譜儀的模擬濾波器會引入很大的帶內(nèi)帶外開關(guān)頻譜誤差，當(dāng)然預(yù)先判斷的話, 這些誤差可以作一定的修正。頻譜儀比功率計有著更大的動態(tài)范圍，但是通常只有在參考電平處才有比較好的電平精度，這樣的話通常要在測量中加入不少的延時來確保電平準(zhǔn)確度，要么你只有接受這些帶有很大不確定性的測量結(jié)果。頻譜儀的電平線性度可以被特征化，但這也增加了測試系統(tǒng)軟件的復(fù)雜度。

射頻綜測儀在零頻寬測量上與頻譜儀十分相似，當(dāng)然局限性也相同。優(yōu)點(diǎn)是它能在流程的最后在信令模式下進(jìn)行許多功能測試，盡管很少有在校準(zhǔn)和射頻特征驗(yàn)證流程中通過的手機(jī)在此測試不通過的。

基于PXI總線的射頻儀器非常適合手機(jī)的射頻校準(zhǔn)和特征參數(shù)測試。雖然基于GPIB總線的儀表可以達(dá)到同樣的目的，但它們從最初設(shè)計的開始就更多的為研發(fā)部門考慮，包括測試功能，操作面板，測量方法等等，很多設(shè)計對于工廠大規(guī)模生產(chǎn)是不適合的，你會發(fā)現(xiàn)有很多冗余的部分沒有必要，而又有很多你想要的部分卻沒有。低成本的PXI 模塊化儀表給了你另外一種選擇，你可以完全根據(jù)你想要的功能和指標(biāo)來購買儀表?；赑XI的射頻信號源能產(chǎn)生高質(zhì)量的調(diào)制和連續(xù)波載波信號來替代昂貴的通用射頻信號源，而它的射頻指標(biāo)如電平精度和重復(fù)性都能滿足你的生產(chǎn)測試要求。

使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的軟件驅(qū)動可以把PXI模塊輕松地集成進(jìn)入你的測試系統(tǒng)。基于PXI的信號分析儀可以分析發(fā)射機(jī)的射頻特征參數(shù)，能夠替代功率計，頻譜儀和綜測儀。PXI信號分析儀把射頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字中頻，對中頻采樣后的得到IQ數(shù)據(jù)通過PXI總線傳送到PC，在PC端結(jié)合各種測量庫軟件可以分析各種射頻參數(shù)，如功率，頻率，頻譜，調(diào)制精度等等。這種測試的方法比傳統(tǒng)的儀表更快速和高效。