PXI模塊在調(diào)試和測試移動電話特性中的應用

　　引言

　　測試是成本中應避免的支出。移動電話的生產(chǎn)測試成本可能會占項目總成本較大的一部分。在移動電話測試中，決定其參數(shù)和功能測試的程度是相當復雜的，必須對生產(chǎn)線變化以及在測試過程和設計成熟時加以評估。以調(diào)試為目的進行的測試與其它測試略有差別，調(diào)試在生產(chǎn)過程中是重要的增值步驟，而不單只是驗證過程。調(diào)試的需求直接與器件的設計相關，在此階段采用PXI模塊儀器有助于改進生產(chǎn)率和降低對功能測試的要求。

　　生產(chǎn)測試過程

　　印刷電路板(PCB)生產(chǎn)和手機生產(chǎn)是兩個分開的制程。測試過程是從PCB生產(chǎn)線已裝滿元件的PCB被送到裝配線時開始。在裝配線上移動電話實現(xiàn)五項運作：固件安裝、調(diào)試、RF特性測試、裝配和功能測試。固件安裝可能很費時間，特別是程序容量增加時。然而，該過程可達到兩個目的，成功下載終端固體時也就驗證了數(shù)字電路和數(shù)據(jù)I/O接口的許多功能。

　　安裝固件后，終端進行調(diào)試和特征化。雖然這些過程是相互獨立的，但它們常常在一個公用的測試臺上進行。隨著移動電話變?yōu)槎嗄：投囝l，這一階段會變得更加復雜。這是測試系統(tǒng)再設計的首要候選方案。主要要求是為各種接收和發(fā)射子系統(tǒng)提供調(diào)諧的調(diào)節(jié)，用于補償所支持的每個頻段內(nèi)對電平線性度和頻率響應的影響。在某種情況下，手機有兩個獨立的可能都要調(diào)諧的收發(fā)器。為了方便調(diào)諧，安裝的固件將支持測試方式所作的操作，使終端能夠直接接受控制而不必通過空中接口信令來進行。

　　所需測量次數(shù)會有很大變動。典型的移動手機發(fā)射機在每個功率電平下要分別調(diào)諧，并且測試要在每個頻段的不同頻率下重復。每次調(diào)諧還可能再重復一次。首先找出錯誤，然后驗證所用的修正是否有效。對于TDMA系統(tǒng)，調(diào)試可能在發(fā)射機突發(fā)方式下進行。測試工具需要非?？焖俚墓β蕼y量，而且在寬動態(tài)范圍內(nèi)具有良好精度和適用于突發(fā)波形。
　
　　最常用的工具是功率計，但通常工程師們也會使用頻譜分析儀或無線測試儀測量功率。功率計的優(yōu)點是絕對電平的精度良好。當測試系統(tǒng)本身經(jīng)常作例行校準時，這一優(yōu)點就不突出了。功率計的不足是只能作為一種測量。需要增加儀器時，測試臺的復雜程度亦隨著增加。另外，當測量功率時，其它調(diào)試，如IQ調(diào)制器的調(diào)整必須串行進行，而頻譜分析儀或無線測試儀可用同樣的取樣數(shù)據(jù)作并行測試。


圖1　裝配線的五項運作

　　頻譜分析儀是一種掃頻調(diào)諧設備，用作快速功率測量并不合適。為了快速測量功率，頻譜分析儀通常工作在零掃頻方式，此時相當于一臺調(diào)諧接收機。功率測量通過濾波器來進行，該濾波器帶寬由系統(tǒng)要求而定。頻譜分析儀帶有模擬濾波器，引入大的帶寬切換誤差。只要知道所用濾波器，這種誤差是能夠修正的。頻譜分析儀比功率計具有較寬的測量動態(tài)范圍，但是通常只有在基準電平下才具有良好的電平精度。這表明只要分析儀每次的功率電平設置有變化，就會在測量中增加很大的延時，或者測量值帶有較大的不確定性。盡管分析儀的電平線性度可特征化，但這樣會導致測試系統(tǒng)軟件設計的復雜化。


圖2　基于PXI的RF測試系統(tǒng)

　　無線測試儀與零掃頻的頻譜分析儀相似，同樣擁有類似的限制。無線測試儀的優(yōu)點是在生產(chǎn)過程的后階段能夠用作功能測試，極少出現(xiàn)裝配好的產(chǎn)品要重新回到測試臺的情況。接收機調(diào)試是使用一個精確穩(wěn)幅的RF信號作為激勵源。信號可以是連續(xù)波或調(diào)制波，可以是調(diào)諧頻率或略有失調(diào)。接收機在高達30多個不同RF輸入電平下，實施接收信號強度指示(RSSI)的內(nèi)部測量。在每次輸入電平下，從終端讀出RSSI的讀數(shù)，同時計算出增益調(diào)節(jié)值。噪聲測量也可在任何RF輸入為零時進行。測試信號所需的電平范圍可超過100dB和最大值約為0dBm，以便克服被測器件前端的測試系統(tǒng)的損耗。

　　接收機調(diào)試所用工具通常是信號發(fā)生器或無線測試儀。電平精度、重復性、穩(wěn)定性和設定時間是同樣重要。另外，確定電平切換所需的工作次數(shù)后，切換可靠性是一項關鍵參數(shù)。

　　完成收發(fā)器的調(diào)試后，通常還有收發(fā)器特性化的測試，采用測量參數(shù)來表征無線系統(tǒng)的特性。發(fā)射機特征化包括在有限點數(shù)下進行功率的再驗證，以及測量以相位誤差或以EVM表示的調(diào)制質(zhì)量。測量有調(diào)制的發(fā)射頻率比較復雜，首先需要信號解調(diào)，在這種情況下能夠計算出任何基本頻率的錯誤。一般還要測量頻帶內(nèi)干擾(即相鄰信道功率)或者輸出無線頻譜。

　　接收機的特性化通常只限于靈敏度。模擬系統(tǒng)測量SINAD(信號噪聲失真比)，數(shù)字系統(tǒng)測量BER(碼錯誤率)或類似量。BER是較復雜的測試，可用多種方法實現(xiàn)。對于GSM制式，可用多種方法實現(xiàn)，可命令接收機重新發(fā)射接收到的數(shù)據(jù)，稱為回送測試，回送可在接收鏈路的不同點上進行。如果原始數(shù)據(jù)被回送，則只能測量BER，但有助于速度測試。如果符號碼在回放前被解碼，這樣，除了BER以外還可測量接收機修正錯誤代碼的能力。

　　基于PXI的RF測量系統(tǒng)

　　移動電話的調(diào)試和特征化是基于PXI的RF儀器的理想候選應用。通常采用GPIB控制的儀器能夠完成這種測試任務，它們主要設計成手動前面板操作，可提供許多功能用于研發(fā)測試?，F(xiàn)在，PXI模塊的低成本測試系統(tǒng)是另一種可行的選擇，系統(tǒng)只需購買有用的功能和特性就可以了?；赑XI的產(chǎn)生精確調(diào)制和非調(diào)制載頻的RF激勵源，可用來代替較大型和成本較高的通用信號發(fā)生器。市售的PXI模塊儀器具有良好的RF特性、電平精度和重復性。

　　采用工業(yè)標準驅(qū)動器使PXI模塊容易與測試系統(tǒng)軟件集成在一起。測量RF功率和發(fā)射機特性的PXI信號分析儀可用非頻譜分析儀、功率計和無線測試儀。基于PXI的RF數(shù)字化儀可將RF信號變換成數(shù)字IF數(shù)據(jù)，與軟件庫一起使用。

　　最終測試

　　在移動電話裝配完成后，進行最終測試。最終測試是驗證鍵盤狀態(tài)、顯示、語音傳感器和天線的性能是否正常。最終測試經(jīng)常使用基站仿真器，它是帶有系統(tǒng)協(xié)議軟件的無線測試儀，實現(xiàn)移動電話發(fā)起呼叫或結束呼叫的過程。該設備亦也可用于RF測量，這就是為什么特性化過程有時推遲到終測的原因。

　　鍵盤和顯示不使用無線測試儀直接測試，因此，測試系統(tǒng)裝有氣動手指和攝像機。某些電話鍵可用雙音多頻(DTMF)命令來測試，表示基站仿真器接收到這些命令。更多現(xiàn)代的移動手機裝有與空中接口發(fā)射無關的附加鍵，故鍵盤測試往往采用串行接口連接。語音傳感器由測試座上的音頻耦合器來測試。測試臺也可安裝天線耦合器件代替直接RF連接。在這種情況下可測試無線天線。但為了降低與相鄰的測試單元的串擾問題，則必須有良好的RF屏蔽。

　　結語

　　在測試階段，有大量儀器類型可供選擇，決定因素主要是速度、精度、可靠性、靈活性和價格。臺式GPIB控制儀器在很長時間內(nèi)都是首選設備，但是更新的總線技術擁有更快的速度和吞吐量。例如以太網(wǎng)和USB的速度則比GPIB，甚至HS488(高速GPIB)的速度更快。

　　模塊儀器，如VXI和PXI，可以提供高度用戶化和可重配置的測試系統(tǒng)開發(fā)，并且可與任何系統(tǒng)結構，例如GPIB、VME等構建接口。在兩種模塊結構中，PXI由于擁有卓越的總線速度、較低價位和大量可選用的模塊，因而迅速處于領先地位。RF的PXI測試儀器現(xiàn)在可提供與臺式GPIB具有同樣水平的功能和性能的模塊，并且擁有PXI的尺寸、成本、靈活性和速度等的優(yōu)點。一臺8插槽的PXI機箱內(nèi)裝有一個嵌入式系統(tǒng)控制器、一個雙通道任意波形發(fā)生器的RF信號發(fā)生器、一個RF數(shù)字化器和DUT接口，能夠完全滿足傳統(tǒng)上由堆疊式儀器完成的調(diào)試和特征化功能，但成本只要幾分之一。RF數(shù)字化儀器將RF信號轉(zhuǎn)換成相位和幅值相關的數(shù)字IQ數(shù)據(jù)，傳輸?shù)杰浖斓南到y(tǒng)控制器內(nèi)。這些測量功能能夠在多種開發(fā)環(huán)境內(nèi)提供硬件控制和輸出測量結果。