PXI模塊在調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，決定其參數和功能測試的程度是相當復雜的，必須對生產線變化以及在測試過程和設計成熟時加以評估。以調試為目的進行的測試與其它測試略有差別，調試在生產過程中是重要的增值步驟，而不單只是驗證過程。調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率和降低對功能測試的要求。

生產測試過程　
印刷電路板（PCB）生產和手機生產是兩個分開的制程。測試過程是從PCB生產線已裝滿元件的PCB被送到裝配線時開始。在裝配線上移動電話實現五項運作：固件安裝、調試、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字電路和數據I/O接口的許多功能。

圖1　裝配線的五項運作
安裝固件后，終端進行調試和特征化。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)提供調諧的調節(jié)，用于補償所支持的每個頻段內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諧的收發(fā)器。為了方便調諧，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諧，并且測試要在每個頻段的不同頻率下重復。每次調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?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/測量">測量，而且在寬動態(tài)范圍內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，其它調試，如IQ調制器的調整必須串行進行，而頻譜分析儀或無線測試儀可用同樣的取樣數據作并行測試。
頻譜分析儀是一種掃頻調諧設備，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。
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)點是在生產過程的后階段能夠用作功能測試，極少出現裝配好的產品要重新回到測試臺的情況。接收機調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)波或調制波，可以是調諧頻率或略有失調。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）的內部測量。在每次輸入電平下，從終端讀出RSSI的讀數，同時計算出增益調節(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后，切換可靠性是一項關鍵參數。
完成收發(fā)器的調試后，通常還有收發(fā)器特性化的測試，采用測量參數來表征無線系統(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表示的調制質量。測量有調制的發(fā)射頻率比較復雜，首先需要信號解調，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。對于GSM制式，可用多種方法實現，可命令接收機重新發(fā)射接收到的數據，稱為回送測試，回送可在接收鏈路的不同點上進行。如果原始數據被回送，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的產生精確調制和非調制載頻的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?；赑XI的RF數字化儀可將RF信號變換成數字IF數據，與軟件庫一起使用。
圖2　基于PXI的RF測試系統(tǒng)

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試和特征化功能，但成本只要幾分之一。RF數字化儀器將RF信號轉換成相位和幅值相關的數字IQ數據，傳輸到軟件庫的系統(tǒng)控制器內。這些測量功能能夠在多種開發(fā)環(huán)境內提供硬件控制和輸出測量結果。