??? 無線技術(shù)正滲透到生活的方方面面——從手機(jī)到筆記本電腦、PDA、游戲控制器、數(shù)碼相機(jī)和手持GPS設(shè)備。大部分用戶可能并不了解其使用的無線設(shè)備的復(fù)雜性和精密性。但是，設(shè)計人員和制造商卻非常清楚他們所設(shè)計和生產(chǎn)的各種無線產(chǎn)品必須滿足嚴(yán)格的產(chǎn)品規(guī)范、越來越短的上市周期和低成本的要求。

??? 在Wi-Fi技術(shù)出現(xiàn)的早期，在設(shè)計和生產(chǎn)Wi-Fi產(chǎn)品一般采用通用的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行研發(fā)和制造測試。但是隨著產(chǎn)量的增加和價格的下降，這種方法已經(jīng)行不通了。這一行業(yè)需要一種系統(tǒng)級解決方案，不但能夠像通用儀器一樣測量參數(shù)，而且能夠提供符合面向規(guī)范的測試方案。換句話說，新的測試方案不但能夠測量具體的參數(shù)，而且要提供圖形化測量結(jié)果，并快速反映DUT的信號細(xì)節(jié)特性。

??? 無線連接規(guī)范涉及發(fā)送和接收兩方面，總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最大的傳輸效率及與其他無線設(shè)備之間的最小干擾。因此，系統(tǒng)級的解決方案要能夠捕捉DUT的發(fā)射信號，根據(jù)每種標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行快速而全面的分析。對接收測試而言，測試系統(tǒng)必須提供精確可控的信號源，根據(jù)技術(shù)規(guī)范測試DUT的特征。

??? 測試系統(tǒng)需要分析DUT的發(fā)射信號和接收信號。因此，測試儀器和測試方案必須能夠快速捕捉和分析信號，輸出測試結(jié)果。然而，每一個產(chǎn)品研發(fā)和測試預(yù)算是有限的，這就要求系統(tǒng)的采購成本及其測試速度必須滿足無線產(chǎn)品的上市周期與成本要求，能夠幫助研發(fā)人員在數(shù)周內(nèi)而不是數(shù)月內(nèi)將原始的設(shè)計變成量產(chǎn)的產(chǎn)品。

??? 2003年以來，這樣的系統(tǒng)已被應(yīng)用于Wi-Fi產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量控制。隨著時間的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的無線標(biāo)準(zhǔn)，包括WiMAX、藍(lán)牙、WiMedia和ZigBee。下面來分析這些無線規(guī)范與測試測量系統(tǒng)的關(guān)系。

??? 人機(jī)接口

??? 在設(shè)計新型無線設(shè)備的研發(fā)中，設(shè)計人員必須分析底層標(biāo)準(zhǔn)的各個方面。

??? 所有的無線規(guī)范都涉及射頻和調(diào)制技術(shù)，通常具有基帶和射頻調(diào)制兩大子系統(tǒng)。

??? 在研發(fā)過程中，這些子系統(tǒng)能分別進(jìn)行獨(dú)立的和綜合的測試分析是非常重要的，因此，需要一個測試儀器能夠分別發(fā)射和接收射頻及基帶信號。

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圖1? 硬件接口盡可能保持簡單——射頻輸入/輸出、基帶輸入/輸出、外部觸發(fā)輸入/輸出

??? 這種面向系統(tǒng)的測試解決方案不需要像通用實(shí)驗(yàn)儀器那樣提供許多控制按鈕和開關(guān)，在面板上只有射頻與基帶輸入輸出端口（如圖1所示）。應(yīng)用基于PC的用戶圖形界面（GUI）軟件系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)卡接口，能夠容易控制和操作測試系統(tǒng)。運(yùn)行于PC上的分析軟件大大降低了測試系統(tǒng)的成本，同時又保持了快速而全面的對信號捕捉和分析能力。

??? 針對不同的標(biāo)準(zhǔn)，采用不同GUI界面的軟件（例如，其中一種用于Wi-Fi，另一種用于WiMAX），可以將各種標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的測試需求集成到軟件之中。例如，針對于用戶開發(fā)出某種符合802.11a/b/g標(biāo)準(zhǔn)的功率譜密度模板的Wi-Fi產(chǎn)品，這樣的測試軟件可以加快測試速度且減少測試錯誤。

??? 一旦某個產(chǎn)品設(shè)計定型，即便其中的元件處于最壞設(shè)計容差的情況下仍能通過測試，那么這就是一個好的生產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計。但是，元件失效或者制造工藝偏差等問題仍可能造成產(chǎn)品失效，這個必須在裝箱運(yùn)送之前能夠檢測出來。這樣的測試中，射頻和基帶系統(tǒng)已經(jīng)不需要進(jìn)行單獨(dú)的測試，這時所需要的是一套全面而快速的測試方案，用來挑出有質(zhì)量問題的產(chǎn)品。

??? 在這種情況下，我們可以采用和研發(fā)相同的測試架構(gòu)，但取消了基帶輸入和輸出端口，簡化了接口設(shè)計（如圖2所示）。儀器只需要射頻輸入和輸出兩個端口，測試軟件只需要在數(shù)秒內(nèi)快速得出“pass”或“fail”的測試結(jié)果。這種經(jīng)過簡化的系統(tǒng)具有較低的采購成本，快速的測試速度也有利于降低總體測試成本。這對于產(chǎn)量大、價格便宜的無線產(chǎn)品來說是至關(guān)重要的——目前，這樣面向制造測試的儀器已經(jīng)能夠涵蓋所有的需求。

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圖2? 取消基帶和簡化觸發(fā)接口使同樣硬件構(gòu)架平臺最終變成一個面向制造的低成本測試系統(tǒng)解決方案

??? 測試系統(tǒng)的硬件和軟件

??? 測試儀器需要產(chǎn)生和分析基于正交調(diào)制（如IQ調(diào)制）的信號。

??? VSA（vectorsignalanalyzer，矢量信號分析器）分析捕捉DUT發(fā)射信號，VSG（vectorsignal generator，矢量信號發(fā)生器）用于對DUT的靈敏度和對非理想信號的解調(diào)能力進(jìn)行測試（如圖3所示）。

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圖3? 測試硬件包含VSA、VSG和內(nèi)部控制模塊（例如PC的功能），通過以太網(wǎng)與PC主機(jī)進(jìn)行通信

??? VSA和VSG都可以通過PC軟件進(jìn)行控制，利用GUI界面可以控制信號的帶寬、功率、衰減等特性。對于VSA而言，GUI界面允許用戶選擇顯示內(nèi)容以及進(jìn)行顯示設(shè)置。例如，用戶可以在一個窗口查看頻譜、功率譜密度圖和子載波星座圖。部分或所有視圖都可由用戶自由選擇，同步顯示信號的多個信息。

??? 將其應(yīng)用于研發(fā)

??? 毫無疑問，單芯片方案和參考設(shè)計已經(jīng)大大簡化了產(chǎn)品的研發(fā)過程。但在實(shí)際研發(fā)中，很難僅僅通過對參考設(shè)計的簡單改動實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計，還需要處理頻率穩(wěn)定性、頻譜密度、群延遲、相位不平衡和本地振蕩器泄漏等問題。然而，想要解決某個問題之前必須首先搞清楚問題本身。在這樣的情況下就是該系統(tǒng)測試方案起效的時候了，與其漫無目的地尋找各種參數(shù)——微伏、毫安、毫瓦與頻率的關(guān)系，不如利用EVM測量和含有豐富信息的圖形來快速定位設(shè)計中存在的問題。

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圖4? GUI軟件提供了信息量豐富的圖形顯示以及菜單可選的視圖

??? 例如，當(dāng)功率放大器上電的時候就可能會出現(xiàn)問題，功率放大器產(chǎn)生的電流將對晶振或者本地振蕩器產(chǎn)生頻率牽引。

??? 典型情況下，如果頻率恢復(fù)得快，那么很有可能是本地振蕩器受到牽引，但是當(dāng)其恢復(fù)較慢的時候，則可能是基準(zhǔn)晶振受到牽引。

??? 這里以實(shí)例說明圖形化界面是如何幫助我們判斷受到牽引的是晶振還是LO的（如圖5所示）。

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圖5? 左圖中快速的頻率穩(wěn)定過程表明是VCO頻推；右圖中較慢的頻率穩(wěn)定過程表明是晶振頻推

??? 對于802.11a/g信號，我們使用STS（shorttrainingsequence，短訓(xùn)練序列）估算頻率誤差（圖5左圖中紅線表示STS的平均頻率誤差），如果在一個包的結(jié)尾發(fā)現(xiàn)頻率誤差與STS的計算不同， 則代表在封包的內(nèi)部頻率誤差有波動。

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圖6? 左圖和中圖表示VCO或晶振牽引的影響，右圖表示功放開啟的影響

??? 這里來看幾個不同的OFDM信號頻率誤差計算方法（如圖6所示）。頻率誤差預(yù)估參數(shù)的調(diào)整會對EVM結(jié)果產(chǎn)生影響。這些選項參數(shù)是根據(jù)短訓(xùn)練序列、長訓(xùn)練序列以整個數(shù)據(jù)包來計算頻率誤差，如果EVM結(jié)果對頻率誤差預(yù)估方式的選擇非常敏感，那就表明系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性有問題——最有可能出現(xiàn)在數(shù)據(jù)包的開頭。

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圖7? OFDM星座圖提供的信息非常詳盡

??? 星座圖（如圖7所示）能夠提供很多相關(guān)信息用作設(shè)計參考，通過相位、增益和功率壓縮等信息能夠幫助我們縮短產(chǎn)品設(shè)計周期和DVT（deviceverificationtesting）階段所需的時間。

??? 如圖7所示，上左圖是一個理想的OFDM信號星座圖。上右圖給出了I/Q不平衡的情形（兩路基帶調(diào)制信號在上變頻之前幅度不一致，EVM變差）。下左圖給出了I/Q非理想正交的情形（兩路基帶信號在上變頻之前沒有實(shí)現(xiàn)完全正交，星座圖出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，EVM變差）。下右圖給出了幅值和相位同時失配的情形。

??? 應(yīng)用于制造

??? 如前所述，當(dāng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)入制造測試階段，通常會假設(shè)產(chǎn)品的設(shè)計等都沒有問題。很多失效問題都來源于制造而非設(shè)計缺陷。因此，軟件不需要提供設(shè)計過程中的測試細(xì)節(jié)。面向制造測試階段的軟件設(shè)計目標(biāo)是簡潔的GUI界面和快速的產(chǎn)品測試功能。

??? 適用于制造測試的軟件，GUI界面簡潔，測試快速。單擊GUI界面中“測試按鈕”啟動測試，輸入DUT的MAC地址，軟件開始對DUT進(jìn)行測試，最終窗口顯示測試細(xì)節(jié)和Pass或者Fail。研發(fā)和制造測試平臺采用相同的架構(gòu)，這樣做的好處是使某些可能在制造過程中出現(xiàn)的問題很容易被追溯到研發(fā)階段，不需要特別復(fù)雜的處理。研發(fā)和測試階段采用同樣的VSA和VSG硬件構(gòu)架和設(shè)置，這有利于簡化問題和加快問題的解決。

??? 總結(jié)

??? 本文介紹的系統(tǒng)測試平臺都是基于LitePoint公司的IQview和IQflex測試平臺，這款面向Wi-Fi的測試產(chǎn)品早已于2003年被推出。目前，面向Wi-Fi和WiMAX的一個全新的測試平臺IQmax也已問世，它將幫助ODM廠商和大型制造商進(jìn)一步節(jié)省產(chǎn)品研發(fā)和制造的時間與成本。