射頻模塊儀表PXI在手機(jī)生產(chǎn)測(cè)試上的應(yīng)用

如今的手機(jī)生產(chǎn)測(cè)試面臨越來(lái)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(cè)試速度的壓力，同時(shí)還面臨測(cè)試成本的壓力。確定手機(jī)射頻參數(shù)和功能檢驗(yàn)測(cè)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(xiàn)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(gè)生產(chǎn)流程中，它是一個(gè)增加產(chǎn)品價(jià)值的步驟，它的測(cè)試要求直接與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有關(guān)。

生產(chǎn)測(cè)試流程

這里的生產(chǎn)測(cè)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(xiàn)上時(shí)，生產(chǎn)測(cè)試流程開(kāi)始，由此手機(jī)將經(jīng)歷5個(gè)操作步驟：

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

下載固件比較花費(fèi)時(shí)間，特別是固件程式比較大的時(shí)候。然而這個(gè)過(guò)程有另外的含義，它可以通過(guò)下載來(lái)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(huì)進(jìn)行射頻校準(zhǔn)測(cè)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(xiàn)性補(bǔ)償值等）來(lái)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(xiě)入手機(jī)相應(yīng)的EPROM位置。射頻特征測(cè)試在校準(zhǔn)測(cè)試完成后驗(yàn)證校準(zhǔn)的效果，盡管這兩個(gè)流程是獨(dú)立的，但是他們通常共用一個(gè)測(cè)試站。在這個(gè)階段我們可以看到測(cè)試的復(fù)雜性，因?yàn)槭謾C(jī)通常是多模和多頻段的，這時(shí)候測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(lái)調(diào)整電平線(xiàn)性度和在各個(gè)頻段的頻率響應(yīng)。有些情況下，手機(jī)有兩個(gè)獨(dú)立的收發(fā)機(jī)需要調(diào)整，同時(shí)固件需要支持測(cè)試模式來(lái)直接通過(guò)射頻線(xiàn)連接而非空中信令借口。

需要的測(cè)試項(xiàng)目會(huì)非常的龐大， 一般來(lái)說(shuō)一個(gè)手機(jī)需要在每一個(gè)功率等級(jí)，在各個(gè)頻段的不同頻率點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整過(guò)程需要兩個(gè)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(duì)TDMA 系統(tǒng), 我們一般對(duì)發(fā)射機(jī)的突發(fā)脈沖進(jìn)行校準(zhǔn)，針對(duì)相應(yīng)的脈沖波型，測(cè)試工具需要在大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)非常快而且準(zhǔn)確地測(cè)量功率。圖1是基于PXI的射頻信號(hào)分析儀測(cè)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(jì)，綜合測(cè)試儀測(cè)量發(fā)射機(jī)射頻特征。

圖 1 基于PXI的射頻信號(hào)分析儀

接收機(jī)校準(zhǔn)在精確的穩(wěn)幅射頻信號(hào)的激勵(lì)下進(jìn)行，信號(hào)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(hào)強(qiáng)度指示) 測(cè)量，測(cè)量通常改變30個(gè)不同的輸入電平分別測(cè)量。在每一個(gè)輸入電平下，相對(duì)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(cè)量可以在沒(méi)有任何信號(hào)輸入的狀態(tài)下進(jìn)行。信號(hào)源的電平范圍會(huì)超過(guò)100dB，最大電平會(huì)超過(guò)0dBm以補(bǔ)償測(cè)試系統(tǒng)與待測(cè)物之間的線(xiàn)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(cè)試的時(shí)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(shí)間。電平和頻率切換后的延時(shí)時(shí)間對(duì)于接收機(jī)非常重要，但是信號(hào)源本身電平和頻率穩(wěn)定時(shí)間也是不可忽視的，如果測(cè)試點(diǎn)非常多的話(huà)，針對(duì)信號(hào)源切換的穩(wěn)定延時(shí)時(shí)間也是非?？捎^的。接收機(jī)校準(zhǔn)可以用信號(hào)源或者射頻綜測(cè)儀。電平精度，電平重復(fù)性，穩(wěn)定性，穩(wěn)定時(shí)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(cè)量點(diǎn)的范圍內(nèi)，通常要對(duì)整個(gè)收發(fā)機(jī)的射頻特征參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)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(lái)表示），頻率誤差（測(cè)量調(diào)制信號(hào)的頻率是比較復(fù)雜的，需要現(xiàn)對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，這樣計(jì)算出來(lái)的頻率誤差是最準(zhǔn)確的）。另外，一些通常的頻譜測(cè)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(cè)的是SINAD，數(shù)字系統(tǒng)中通常測(cè)的是BER。BER 測(cè)試比較復(fù)雜，有很多方法來(lái)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(guò)發(fā)射機(jī)發(fā)回去，這被稱(chēng)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(cè)量，但是測(cè)量速度會(huì)非常快。如果數(shù)據(jù)回環(huán)前經(jīng)過(guò)解碼，那么除了BER還有MER和FER可以被測(cè)量，這樣就可以測(cè)量接收機(jī)糾正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的能力。MER和FER可以表示這種糾錯(cuò)能力。

內(nèi)部BER測(cè)量是另外一種比較流行的BER測(cè)量方法，測(cè)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(zhǎng)度。也有人采用另外一種方案，那就是把未處理的符號(hào)數(shù)據(jù)由串口輸出進(jìn)行離線(xiàn)BER計(jì)算。

BER測(cè)量實(shí)際上測(cè)量的是接收機(jī)的射頻和基帶整體工作性能。在某些場(chǎng)合可以應(yīng)用接收機(jī)低靈敏度測(cè)試，通過(guò)單音或多音干擾信號(hào)用于測(cè)量接收機(jī)保持良好接受性能的能力。從它本身來(lái)說(shuō), BER 是一種統(tǒng)計(jì)測(cè)量方法，要使它精確必須采集足夠多的樣本符號(hào)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(shí)測(cè)量是可能的，同時(shí)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(shí)隙發(fā)射，比如在一個(gè)幀內(nèi)有7個(gè)時(shí)隙，可以在7個(gè)時(shí)隙用不同的用不同的功率等級(jí)來(lái)發(fā)射。

在產(chǎn)線(xiàn)上利用更多的非信令測(cè)試

隨著手機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，非信令測(cè)試逐漸成為生產(chǎn)測(cè)試的主流。越來(lái)越多的手機(jī)芯片廠(chǎng)商在測(cè)試模式下提供非信令的測(cè)試方法。同樣的測(cè)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(cè)儀的信令模式，信令模式下的測(cè)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(lái)控制手機(jī)成了測(cè)試速度上的瓶頸，由于這個(gè)原因，越來(lái)越多的生產(chǎn)線(xiàn)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(cè)試，而在組裝后最終測(cè)試時(shí)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(cè)量?jī)x器的選擇

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

通用的頻譜儀在零頻寬（zero span）模式下測(cè)量功率會(huì)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(cè)量會(huì)通過(guò)一個(gè)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(huì)引入很大的帶內(nèi)帶外開(kāi)關(guān)頻譜誤差，當(dāng)然預(yù)先判斷的話(huà), 這些誤差可以作一定的修正。頻譜儀比功率計(jì)有著更大的動(dòng)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(huà)通常要在測(cè)量中加入不少的延時(shí)來(lái)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(cè)量結(jié)果。頻譜儀的電平線(xiàn)性度可以被特征化，但這也增加了測(cè)試系統(tǒng)軟件的復(fù)雜度。

射頻綜測(cè)儀在零頻寬測(cè)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(cè)試，盡管很少有在校準(zhǔn)和射頻特征驗(yàn)證流程中通過(guò)的手機(jī)在此測(cè)試不通過(guò)的。

基于PXI總線(xiàn)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(cè)試。雖然基于GPIB總線(xiàn)的儀表可以達(dá)到同樣的目的，但它們從最初設(shè)計(jì)的開(kāi)始就更多的為研發(fā)部門(mén)考慮，包括測(cè)試功能，操作面板，測(cè)量方法等等，很多設(shè)計(jì)對(duì)于工廠(chǎng)大規(guī)模生產(chǎn)是不適合的，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多冗余的部分沒(méi)有必要，而又有很多你想要的部分卻沒(méi)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(lái)購(gòu)買(mǎi)儀表?；赑XI的射頻信號(hào)源能產(chǎn)生高質(zhì)量的調(diào)制和連續(xù)波載波信號(hào)來(lái)替代昂貴的通用射頻信號(hào)源，而它的射頻指標(biāo)如電平精度和重復(fù)性都能滿(mǎn)足你的生產(chǎn)測(cè)試要求。

使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的軟件驅(qū)動(dòng)可以把PXI模塊輕松地集成進(jìn)入你的測(cè)試系統(tǒng)。基于PXI的信號(hào)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(jì)，頻譜儀和綜測(cè)儀。PXI信號(hào)分析儀把射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字中頻，對(duì)中頻采樣后的得到IQ數(shù)據(jù)通過(guò)PXI總線(xiàn)傳送到PC，在PC端結(jié)合各種測(cè)量庫(kù)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(cè)試的方法比傳統(tǒng)的儀表更快速和高效。