wlan射頻測試基本要點

關于測試， 我們從測試的硬件，軟件設置，測試環(huán)境構建及測試項目來著重談一下。

第一部分， 測試設置

WLAN芯片的DUT，常見的基本是單功能的測試板或者是終端設備。 終端設備的WLAN射頻性能測試也一般都放在產(chǎn)品初期開發(fā)階段實施，目的是為了降低不良率帶來的成本損失。

單功能的測試板一般需要連接到電腦上的轉接卡。一般可以向芯片原廠索取或購買?，F(xiàn)在隨著便攜式電腦的興起， 測試電腦用類似于樹莓派的簡易系統(tǒng)增多。筆者就曾見過有客戶專門用Armadillo平臺來搭建測試平臺。操作系統(tǒng)常用的為linux系較多。 當然如果是基于windows系統(tǒng)（手機，電腦等）開發(fā)，用Win系統(tǒng)的也很常見。 關于硬件的設置，下面兩點經(jīng)常需要注意， 第一是電源及Reg開關的引線的設置，WLAN芯片一般都有模擬和數(shù)字部分的電壓線，建議分布引出方便后面的電壓測試。Reg開關比如你只需要測試WLAN的話，需要把Combo芯片里BT的Reg引線接地，避免不必要的漏電流產(chǎn)生。 第二是注意I/F部分的設置，比如PCIE的接口的話， 需要關注一下設置是不是支持sleep模式（L1SS等）。

除了硬件設置，在軟件方面，我們也需要安裝一些常用的工具比如測試吞吐速率（Tput）的Iperf，接入遠程手機的teraterm或者putty等工具。還有一些常用編寫測試程序的語言工具（C#，python，Perl等）也經(jīng)常用的。

第二部分， 測試環(huán)境

根據(jù)筆者對802.11ac/n的測試經(jīng)驗， 下面是一些常用的測試儀器。

CMW270

R&S FSW/FSV （固件升級后可以現(xiàn)在可以支持11ac 160MHz模式）

LitepointIQXel系列 IQ2010等

Keysight N441x, N9x系列的Power meter

DC source N6705

Keysight的N4010 （只支持到11n）

N9030 (89601 option)

Reference router （廠商眾多，不一一列舉了）

上面是一個不完整列表， 比如我們還經(jīng)常用到數(shù)字程序衰減器，debug時常用的示波器等。

第三部分， 測試項目

這也是此文要重點談一下的部分。

接觸過WLAN測試的朋友都知道，射頻電流部分的測試，使用的固件由于芯片自身的ROM，RAM大小的限制不同于面向客戶的固件。 一些測試用的命令，功能通常只在測試版固件中得到支持。 而一些系統(tǒng)性的項目比如Tput，IEEE PS電流等，常常用面向客戶的固件來測。

1、發(fā)送端的測試:

根據(jù)IEEE 802.11標準，發(fā)送端常用的測試項目包括

Tx EVM, Power, Transmit Spectrum Mask（22.3.18.1VHT） , ramp-up/down 時間，IQimbalance, Tx frequency accuracy等。 接收端常測的項目包括 Rx Sensitivity(Rxper) , Receiver adjacent channel rejection (ACI), RSSI.此外我們還經(jīng)常要測試LO leakage性能(22.3.18.4.2)。

除了上述射頻性能， 后面也簡單談一下Tput和電流的測試。

現(xiàn)代WLAN芯片，一般來說Tx比Rx更難調(diào)試，調(diào)試測試往往從Tx端開始的居多。 這里有個前提先討論一下， 很多芯片現(xiàn)在都是MIMO即2端口以后的居多。但是射頻測試初期階段我們往往先看單數(shù)據(jù)流(nss=1)模式的射頻性能。根據(jù)經(jīng)驗， 一般開啟多個數(shù)據(jù)流的情況下，射頻性能也往往趨于變壞，各端口不僅芯片內(nèi)外易受干擾，芯片溫度的上升也會導致性能變差。 比如下面就是2x2的測試實例，1個鏈路ON(siso)和2個鏈路（CDD，STBC模式）的性能在high power處還是有微小區(qū)別的。

基本上11a/g/n/ac的low rate的功率不受EVM要求限制， high rate的功率往往受EVM要求限制。 一般來說我們需要對CCK, 11a/g的54Mbps, 11n的mcs7, 11ac的mcs8nss1, mcs9nss1的rate測試。對CCK/DSSS rate來說， 各家wlan芯片表現(xiàn)不經(jīng)相同，有的是EVM限制power，有的則是spectrum mask限制power。 在邊緣channel如channel1， 11，13則會受到FCC band-edge power mask的限制。11b rate又是2.4G beacon的默認rate，為了保持良好的接入率， 各家終端廠商及運營商對11b rate的power要求一般都很高。IEEE對11b rate的EVM規(guī)格，從1999年版， 到2007年版，然后又在2012年版里做了3次修改。 細心的朋友可以去翻一下IEEE規(guī)格， 對比一下各測試儀的手冊，了解到底是用哪個版本做的測試。

對于11ac的high rate， 常常還會碰到EVM floor margin不夠的問題，除了芯片自身及板子調(diào)試的問題后，測試工程師還需要檢查測試儀器的設置， 比如channel estimation的設定會顯著影響OFDM rate的EVM性能。關于EVM性能的調(diào)試， 涉及到芯片固件或者BOM的影響， 我們將在后面的WLAN 射頻調(diào)試里另篇分析。

· Transmit spectrum mask及帶內(nèi)平坦性

IEEE 802.11 對各個band，各個帶寬都做了詳細定義。

如果你所購買的儀器里沒有類似的mask定義， 可以向廠商索取文件。

前面已經(jīng)談到，low rate的最高power更多是受mask限制。所以常常要測11b的各rate， 11a/g的6Mbps~9Mbps, 11n的mcs0, 11ac的mcs0nss1 rate。

帶內(nèi)平坦度的話，特別要看一下edge channel的性能，一般來說芯片廠商也提供可調(diào)的nvram參數(shù)， 可以配合測試。 從芯片設計的角度來說， mask和EVM一般都存在折中的關系， 要想mask好， 帶內(nèi)filter cut-off提升， sub carrier的EVM性能受到影響。

2、接受端的測試。

· Rx PER

首先要測的就是接受靈敏度。 推薦在金屬shield環(huán)境下用conduct連接測試。

前文已經(jīng)談到，low rate，legacy模式如CCK的1/2Mbps敏感度對有些客戶來說，要求比較苛刻。 現(xiàn)代CMOS工藝往往不能滿足低噪聲要求， 一般會在外面接LNA。 我原先所在的公司的WLAN芯片， OFDM rate相對IEEE要求（見下圖）， 一般有10dB的margin，可以來說問題都不大。 但是需要注意的是， 測試階段最好花時間測一下所有的channel。 芯片的晶振，VCO干擾或者是數(shù)字部分的clock噪聲都有可能落在某個channel里，產(chǎn)生的spur直接對靈敏度有殺傷性作用。

還有當然要看一下channel之間的性能差是不是和Tx的Power能相關起來， 如果反應的不是一樣的頻率特性， 則需要仔細檢查一下了。

· RSSI（received signal strength indicator）

RSSI其實是反映系統(tǒng)的一個指標， 往往用customer 固件測試比較多。 但是在RF測試階段，常常需要校正其值，使RSSI值在整個power 變化范圍內(nèi)誤差小于4dB（weak/strong level是6dB）。另外根據(jù)設計不同， 比如你用外部LNA和內(nèi)部LNA， 測出來的RSSI特性是不一樣的，用外部LNA，可能需要校正power兩頭的RSSI。 RSSI值是被客戶和芯片廠商用來直接作為系統(tǒng)控制引用的參數(shù)，認真的客戶一般都會在終端上（含天線），測試over the air的RSSI值。 其值和吞吐率的RvR(Rate vs Range)是密切相關的。

3、接下來我們再談一下LO leakage的測試。

LO leakage

推薦剛入門的朋友仔細讀一下IEEE標準。 LO leakage的規(guī)格是獨立出來單獨定義的?？吹絆FDM輸出的中心頻帶有LO的信號不必大驚小怪， 只要其不影響EVM性能就好。

4、最后我們再談一下電流的測試。

電流的測試其實工程也挺浩大，主要包括IEEE定義的PM0， PM2模式及芯片的sleep模式，Tx，Rx等模式的電流。 隨著Tput上升，遇到PCIE接口， 還有設計到PCIE sleep控制等。

下圖是一例控制芯片從sleep模式恢復到wake up。 電流一般是數(shù)uA級別的值， 需要高精度的DC source。在實際情況中，運營商常常對手機WLAN模式電流也有一定的要求。 所以推薦使用客戶固件來測試。

題外篇

WLAN的測試里面，最初讓筆者感到困擾的是FCC及ETSI的Regulatory測試了。 關于這部分要寫的話，最好是另起篇幅細述較好。 比如FCC的Band-edge測試，朋友們都知道么其實有2種測試方法，15.205的方法和15.247的方法。 當然這只是筆者寫此文（2016年）時的情況， 將來可能會有變化。一般來說我們只用15.205方法就好。 15.205里面又有Bandedge average detection和bandedge peak detection兩種。 Average看-41.3dBm的limit線， peak看-21.3dBmde 線。FCC的KDB文件（558074）對測試時頻譜儀的具體設置（VBW，RBW，trace mode， Dectector選取等）有較詳細的說明。偶爾，筆者也曾遇到過15.205測試通過的power level會在15.247(d)項目中fail.

小結

此文介紹了WLAN射頻測試的一些主要項目。包括測試設置，接收發(fā)的項目?；竞w了初期需要了解的部分。限于篇幅限制，此文沒有介紹工廠產(chǎn)品測試，里面會設計如何優(yōu)化測試速度，以及在接受發(fā)送之間的switching控制。