TD-SCDMA多模終端生產(chǎn)測試研究 - 全文

　　終端生產(chǎn)測試可使用信令模式（綜測儀）和非信令模式（信號源、信號分析儀）兩種方案。綜測儀更符合規(guī)范的信令一致性；而信號源、信號分析儀具有更大的靈活性，更快的速度和更好的精度。TD-SCDMA終端測試必須包括對GSM模式的支持，同時，為提高終端產(chǎn)品的競爭力，廠商生產(chǎn)的TD-SCDMA終端還可能包括GPS、藍牙、WiFi（802.11b/g）、DVB等模式。目前市場上還沒有能同時支持這些模式的綜測儀，因而，信號源、信號分析儀在對多模式的支持方面凸顯出優(yōu)勢。對于這種模式缺乏信令支持的弱點，可以通過芯片廠商提供的物理層（L1）信令模擬軟件進行彌補。隨著芯片廠商對物理層（L1）信令模擬軟件的逐步開放，非信令模式方案越來越受到終端生產(chǎn)廠商的重視，這代表著未來終端測試的新方向。完整的終端生產(chǎn)測試包括射頻收發(fā)信機校準(zhǔn)、射頻收發(fā)信機測試、終端音頻測試、電源測試四個方面。

　　本文探討的是基于信號源、信號分析儀、音頻分析儀和通信電源的生產(chǎn)測試方案。對于多模終端的測試，該方案具有全面、快速、精確和靈活的特點。對于TD-SCDMA終端生產(chǎn)商而言，該方案可以打破儀器儀表廠商的技術(shù)壟斷，選擇更具有性價比競爭力的生產(chǎn)測試儀表。此外，該方案對于傳統(tǒng)2G和其它3G終端生產(chǎn)商具有同樣的參考意義。

　　方案簡介

　　該方案儀器組成包括：射頻矢量信號源、射頻矢量信號分析儀、音頻分析儀和通信電源，此外還包括射頻收發(fā)耦合器和開關(guān)陣列等設(shè)備，它們可以對終端進行射頻收發(fā)信機校準(zhǔn)、射頻收發(fā)信機測試、終端音頻測試、電源測試四個方面的一站式整體測試。該方案可獨立于模式的限制，提供TD-SCDMA、GSM、藍牙、WiFi（802.11b/g）、DVB、GPS等模式的一站式測試。

　　圖1是使用Keithley 2910矢量信號源、2810矢量信號分析儀、2306雙通道電源和2015音頻分析儀搭建的測試案例。傳統(tǒng)的綜測儀測試速度受限于空中信令，對于生產(chǎn)廠商而言意味著測試成本的提高。作為無線通信的空中信令，實際上是屬于手機軟件的問題，筆者認(rèn)為并不需要在生產(chǎn)測試階段進行嚴(yán)格驗證，而應(yīng)該將重點集中在影響手機性能的硬件特性上。作為對信令部分的替代，該方案需要芯片廠商提供物理層（L1）控制命令集，并通過計算機接口對被測件進行控制。

　　選用高速信號源和分析儀，可以突破儀器速度的瓶頸，使方案的測試速度幾乎只是取決于被測件的響應(yīng)速度，在生產(chǎn)線上可實現(xiàn)最大的測試吞吐量，為廠商提高測試效率，降低測試成本。

　　目前中高端信號源和分析儀精度指標(biāo)高于綜測儀一個檔次，因而可實現(xiàn)高精度的測試，增加測試的可靠性，降低誤測率，從而提高測試效率，降低測試成本。

　　分立的測試儀器可以根據(jù)客戶的具體需要靈活配置，實現(xiàn)產(chǎn)線測試的靈活搭配，能有效解決生產(chǎn)線測試站之間的“瓶頸效應(yīng)”問題和重配置問題。

　　下面的部分，將針對終端生產(chǎn)測試的四個方面分別提供具體的測試建議，以供TD-SCDMA終端生產(chǎn)廠商參考。

　　TD-SCDMA 終端測試一站式解決方案案例。

　　射頻收發(fā)信機的校準(zhǔn)

　　終端射頻性能的優(yōu)劣直接取決于射頻收發(fā)信機的校準(zhǔn)，這是生產(chǎn)測試中最重要的環(huán)節(jié)。

　　終端收發(fā)信機的校準(zhǔn)包括對AGC（自動增益控制）電壓、AFC（自動頻率控制）電壓和APC（自動功率控制）電壓三個核心參數(shù)的校準(zhǔn)；校準(zhǔn)的過程包括對應(yīng)測試、校驗值計算（校驗值調(diào)整）和校準(zhǔn)后數(shù)值寫入三個步驟。

　　1． AGC校準(zhǔn)

　　射頻收信機接收的信號具有很大的功率范圍，通過對AGC電壓的調(diào)整，可以使采樣前的基帶信號幅度維持在一個恒定的范圍。AGC電壓的校準(zhǔn)就是對控制電壓和接收信號功率的對應(yīng)關(guān)系進行測量，并將這種對應(yīng)關(guān)系寫入到存貯介質(zhì)，如E2 ROM。實際應(yīng)用中，AGC的控制電壓可能包括1～3級，分別表示為AGC1、AGC2、AGC3，同時，AGC的校準(zhǔn)可能還包括對低噪聲放大器（LNA）開關(guān)的操作。

　　AGC的校準(zhǔn)需要的測試儀器是射頻信號源，該信號源能為被測終端提供較大功率范圍的連續(xù)波（CW）或特定調(diào)制信號。

　　TD-SCDMA模式AGC校準(zhǔn)操作步驟：

　　1） 通過物理層信控制命令使手機進入TD-SCDMA測試模式，打開TD-SCDMA接收機通道；

　　2） 根據(jù)AGC算法要求，通過信號源列表模式依次發(fā)射一組頻率和功率組合的下行TD-SCDMA RMC12.2k調(diào)制信號；

　　3） 配合步驟2，通過芯片廠商提供的AGC參數(shù)讀取指令讀取AGC參數(shù)；

　　4） 計算調(diào)整AGC參數(shù)，通過芯片廠商提供的AGC參數(shù)寫入指令將調(diào)整后的AGC參數(shù)值寫回E2 ROM。

　　其它模式，如GSM，AGC校準(zhǔn)的步驟與TD-SCDMA類似，所不同的是要求終端芯片廠商提供其它模式的物理層（L1）信令模擬軟件和控制接口（并口、串口或USB口）。

　　2． AFC校準(zhǔn)

　　AFC校準(zhǔn)是調(diào)整振蕩器的參考頻率，使手機發(fā)射出的信號具有正確的載波頻率。校準(zhǔn)的方法是設(shè)置手機在一系列特定的頻率上發(fā)射信號，使用信號分析儀測試該信號的頻率誤差，然后計算AFC的補償電壓，并將調(diào)整后的AFC電壓寫入E2 ROM。

　　TD-SCDMA模式AFC校準(zhǔn)操作步驟：

　　1） 通過物理層控制命令使終端進入TD-SCDMA測試模式，打開TD-SCDMA發(fā)射機通道；

　　2） 通過物理層信令模擬指令設(shè)定手機發(fā)射信號的頻率和功率；

　　3） 配合步驟2，使用2810信號分析儀的TD-SCDMA解調(diào)分析選件測量終端發(fā)射信號的頻率誤差；

　　4） 根據(jù)測量值計算調(diào)整AFC參數(shù)，通過芯片廠商提供的AFC參數(shù)寫入指令將調(diào)整后的AFC參數(shù)值寫回E2 ROM。

　　其它模式，如GSM，AFC校準(zhǔn)的步驟與TD-SCDMA類似，分析儀需具備這些模式信號頻率誤差的分析功能。

　　3． APC校準(zhǔn)

　　終端發(fā)射機發(fā)射的射頻信號功率值具有一定的控制范圍（功率等級），APC電壓的調(diào)整是實現(xiàn)不同發(fā)射功率的方法。對APC控制電壓的校準(zhǔn)，就是對控制電壓和發(fā)射功率的對應(yīng)關(guān)系進行測量，并把這種對應(yīng)關(guān)系寫入到存貯介質(zhì)。APC校準(zhǔn)所需要的測試儀器是信號分析儀，該儀器對終端發(fā)射的射頻信號進行瞬時功率測試，被測信號可以是連續(xù)波信號也可以是特定調(diào)制的信號。實際的APC電路可能包括多級APC參數(shù)。

　　TD-SCDMA模式APC校準(zhǔn)操作步驟：

　　1） 通過物理層控制命令使終端進入TD-SCDMA測試模式，打開TD-SCDMA發(fā)射機通道；

　　2） 通過物理層信令模擬指令設(shè)定手機發(fā)射信號的頻率和功率；

　　3） 配合步驟2，使用信號分析儀對信號的功率進行測試；

　　4） 重復(fù)2）和 3），直到所有要求的頻率、功率點測試完畢；

　　5） 根據(jù)測量值計算調(diào)整APC參數(shù)，通過芯片廠商提供的APC參數(shù)寫入指令將調(diào)整后的APC參數(shù)值寫回E2 ROM。

　　其它模式，如GSM，APC校準(zhǔn)的步驟與TD-SCDMA類似，所不同的是要求終端芯片廠商提供其它模式的L1信令模擬軟件和控制接口。

　　射頻收發(fā)信機的測試

　　射頻收發(fā)信機的測試是檢驗經(jīng)過校準(zhǔn)后的終端基本功能和射頻性能的環(huán)節(jié)。一般來說，終端射頻收發(fā)信機的測試遵從相應(yīng)的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)范對測試原理、測試方法和測試要求提出了明確的規(guī)定。規(guī)范所建議的測試方法需要使用理想的基站仿真器，這在實際應(yīng)用中非?？量?，無論是綜測儀還是信號源、分析儀都不能被稱作理想的基站仿真器。

　　信號源、信號分析儀充當(dāng)基站仿真器，具有更大的靈活性，更快的速度和更好的精度，更適合大規(guī)模的量產(chǎn)。針對信號源、信號分析儀信令弱點，可以利用芯片提供商的物理層L1控制命令和控制接口來進行彌補。因而，這種方案是未來發(fā)展的方向。

　　TD-SCDMA終端收發(fā)信機測試參考的標(biāo)準(zhǔn)為3GPP TS25.122，對于大規(guī)模的生產(chǎn)測試，不可能（也不實際）測量規(guī)范中的所有要求項目，往往只要求測試與產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的關(guān)鍵項目。對協(xié)議的進一步分析我們可以看出，協(xié)議測試項目包含了對終端信令軟件和終端收發(fā)信機硬件性能的測試。我們可以不完全遵照協(xié)議規(guī)定的測試流程，將測試項目集中在對終端收發(fā)信機硬件性能的測試上。

　　生產(chǎn)測試中建議發(fā)射機的測試項目有：UE最大輸出功率、UE頻率穩(wěn)定度、閉環(huán)功率控制、最小輸出功率、發(fā)射關(guān)閉功率、發(fā)射開/關(guān)時間模板、占用帶寬、頻譜發(fā)射模板、鄰近信道泄漏比（ACLR）、雜散發(fā)射、誤差矢量幅度。

　　這里規(guī)定了發(fā)射機功率、頻率、動態(tài)功率、頻譜和調(diào)制五個方面的指標(biāo)，我們可以將這些測試項目進行合并，具體建議測試方法如下：

　　a） 通過物理層控制命令使終端進入TD-SCDMA 12.2k RMC環(huán)回測試模式；

　　b） 設(shè)定頻點，并將終端發(fā)射功率設(shè)為最大；

　　c） 使用信號分析儀測試最大輸出功率、開/關(guān)時間模板、發(fā)射關(guān)閉功率、占用帶寬、頻譜發(fā)射模板、雜散發(fā)射、鄰近信道泄漏比（ACLR）、頻率誤差、誤差矢量幅度等參數(shù)，所選信號分析儀需具備這些參數(shù)的分析功能能；

　　d） 改變頻點，重復(fù)c），直到標(biāo)準(zhǔn)要求的三個頻點（高、中、低）測試完成；

　　e） 設(shè)定頻點，并按閉環(huán)功率控制要求的功率/時間關(guān)系（A~G段）設(shè)置發(fā)射功率，使用信號分析儀完成動態(tài)功率測試；

　　f） 設(shè)置功率到最小，完成最小發(fā)射功率的測試

　　g） 改變頻點，重復(fù)e），直到要求的頻點測試完成

　　生產(chǎn)測試中建議接收機的測試項目有：參考接收靈敏度和最大輸入電平，實際上就是接收誤碼率測試。

　　根據(jù)3GPP 34.122標(biāo)準(zhǔn)要求的測試方法，我們可以按照如下步驟進行測試：

　　a） 通過物理層控制命令使終端進入TD-SCDMA 12.2k RMC環(huán)回測試模式；

　　b） 通過信號源產(chǎn)生BER測試所要求的信號，所選信號源需具備足夠長度的TD-SCDMA波形產(chǎn)生功能，根據(jù)參考接收靈敏度和最大輸入電平所要求的功率電平設(shè)置信號功率；

　　c） 終端解調(diào)所接收的信號，并將解調(diào)比特通過控制接口（并口、串口或USB口）傳回計算機，利用芯片廠商提供的PN9 BER計算公式計算BER。將BER與標(biāo)準(zhǔn)要求進行比對。

　　對于GSM等其它模式，我們可以利用類似的方法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定測試項目。

　　終端音頻測試

　　語音通信是終端的主要功能，也是用戶評價終端性能的一個重要方面。因此，對終端進行嚴(yán)格的音頻測試是終端生產(chǎn)測試的一個重要方面。

　　如今的手機終端集成了更多的多媒體功能，為區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的手機，其音頻能力也必須提高或改進。雖然語音呼叫可依然使用單聲道且保真度相對較低，但音樂和視頻功能卻需要使用更高的采樣速率來實現(xiàn)高質(zhì)量的立體聲再現(xiàn)。

　　因此，建議將終端的音頻測試分為兩個方面：語音通信音頻測試和多媒體功能音頻測試。使用的儀表為Keithley 2015音頻分析儀。

　　1. 語音通信音頻測試

　　針對TD-SCDMA終端（包括GSM模式和TD-SCDMA模式），我們需要參考的標(biāo)準(zhǔn)為 3GPP TS 51.010、TS26.131和TS26.132。以下是標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的音頻測試項目。

　　實際生產(chǎn)中，一般將以上測試項目簡化為語音通信過程中，對語音響應(yīng)電平、頻率響應(yīng)特性、失真和噪聲的測量。

　　測試方法：

　　a） 把手機安裝到測試架上，把人工耳和手機的耳機孔密閉安裝；

　　b） 通過物理層信令模擬指令使終端進入語音環(huán)回模式；

　　c） 音頻分析儀連接人工嘴，在參考點發(fā)送額定聲壓值的純單音，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變化頻率；

　　d） 音頻分析儀連接人工耳，測試仿真耳的輸出電平、頻率響應(yīng)特性、失真和噪聲。

　　2. 多媒體功能音頻測試

　　對新的音頻產(chǎn)品（如MP3和MD等），對CODEC編碼/解碼器有特別的測試要求，需同一時間輸入多音測試信號（如需從22Hz-20kHz頻率范圍內(nèi)，按照1/3OCTAVE的分布產(chǎn)生31個多音信號，在同一時間輸出），從而對CODEC作出響應(yīng)測試。

　　借助于專業(yè)音頻分析儀和專業(yè)音頻分析軟件，可以完成這樣的測試。

　　電源測試

　　終端的電池校準(zhǔn)、耗電特性和充電特性通過供電電源來檢驗。雙通道電源設(shè)備可對終端進行專業(yè)電源測試。這種測試方法在傳統(tǒng)生產(chǎn)線上被廣泛采用，這里不再具體討論。