多重通訊的挑戰(zhàn)與測試方案 - 全文

　　現(xiàn)今的個人通訊產(chǎn)品都傾向“多重通訊”功能方向發(fā)展，多重通訊裝置意指單一裝置中具備多種射頻和連結(jié)方式，如在市場熱賣的“蘋果”品牌 iPhone或智能手機就具備藍牙 （Bluetooth）、無線上網(wǎng)（WiFi）和蜂窩式移動手機（cellular）等多種無線通訊功能，我們再看看今日的3代手機結(jié)合了藍牙、無線上網(wǎng)、FM， GPS甚至更多的無線連結(jié)功能，但在多重通訊裝置的技術(shù)中存在著更高的測試挑戰(zhàn)和困難。為確保質(zhì)量，每種無線通訊和連結(jié)方式都必須進行適當?shù)臏y試，但如以傳統(tǒng)的對每種通訊方式進行串行測試，生產(chǎn)成本必然非常高昂而最后直接影響產(chǎn)品價格和利潤，如何能確保產(chǎn)品質(zhì)量同時最少化測試時間和成本便成各廠商的挑戰(zhàn)。

　　在測試領(lǐng)域中，大部份的無線測試設備只針對一至兩種的無線通訊方式進行測試，換言之，測試一部多重通訊裝置時則需在多個工位進行不同種類的連結(jié)測試，當中每個工位可能須重新接線、加電、初始化等等工序，這樣便導致生產(chǎn)測試時間線性地增長（如圖1），為達至生產(chǎn)量和速度，只可增加產(chǎn)線和測試設備；在這里要強調(diào)的是總測試成本應該理解為測試設備成本結(jié)合上每件產(chǎn)品的測試時間成本，如圖1的生產(chǎn)模式，要減低測試時間成本就要增加測試設備成本。

　　當然，最理想的方案是單臺測試設備能夠具備多種無線通訊功能測試，更甚者，數(shù)項測試項目在同一測試設備能同時進行，這樣就能大大地減少測試時間，而多重通訊測試系統(tǒng)的產(chǎn)生就能提供這種方案（圖 2）。

　　1 測試時間

　　測試時間實際上是由多個獨立的工序構(gòu)成 – 產(chǎn)品運送、夾具裝卸、程式下載和實際的測試分析，減省任何一個工序的時間對總體測試時間都有重要的影響，舉例，假若能夠在單一工位單一夾具下處理所有種類的無線通訊測，那產(chǎn)品運送和夾具裝卸的時間就不需在每種無線通訊中重復從而減省很多時間，同樣的優(yōu)化慨念亦可用於測試分析上，最有效的優(yōu)化方案是如何實現(xiàn)生產(chǎn)工序“并行化”以取代以往的流水式串行的工序。另外，再進行優(yōu)化每種無線通訊的測試時間，舉例，假若GPS的全幀為30秒，而現(xiàn)在達至的測試時間為33秒，那就意味著當中有10%的改進空間。

　　除此外，有一重要的理解，工程師需意識到整個優(yōu)化工程其實是數(shù)個重要環(huán)節(jié)的整合成果，其中包括多重通訊裝置結(jié)構(gòu)設計 （Device’s Architecture），芯片的底層結(jié)構(gòu)設計 （Underlying Chipset Architecture）， 軟件驅(qū)動和編寫測試軟件的靈考能力；所以，如能讓芯片商，產(chǎn)品參考設計公司和最終的多重通訊裝置工程師共同參與，相信有更大的空間為優(yōu)化生產(chǎn)測試進行專門設計的方案，使整個生產(chǎn)時間和成本有顯著的減幅。

　　假如“多重通訊裝置”是未來一個主流產(chǎn)品和市場，相信很快會進入量產(chǎn)和普遍應用，生產(chǎn)成本這個瓶頸問題是必須面對和解決，而革命性的單臺式無線“多重通訊”測試系統(tǒng)就是要實現(xiàn)以上優(yōu)化工程的基礎。

　　2 單臺式無線測試系統(tǒng)

　　美國萊特菠特科技（LitePoint）公司從2005年開始一直是單臺式測試系統(tǒng)的先驅(qū)者，測試系統(tǒng)除包含矢量分析儀（VSA）和信號源（VSG）外附有極友好使用的分析操作介面，讓用戶能對復雜的分析更快掌握和處理，在WiFi的測試工業(yè)中起了革命性的改變（圖3）。

　　在WiFi 單臺式測試系統(tǒng)能快速成為市場主流測試用具後，LitePoint 及其他公司亦相續(xù)推出針對WiMAX的單臺式測試系統(tǒng)及利用軟件技術(shù)在單臺硬件上擴展更多的應用如藍牙、ZigBee 等等。

　　單臺的多重通訊測試系統(tǒng)需把移動手機、WiFi、藍牙，GPS和FM等測試功能結(jié)合起來，雖然某些種類的通訊（WiFi和藍牙）是用相同的頻譜，而可用同組的VSA和VSG子系統(tǒng)進行測試，但無論如何針對不同的通訊，要達到并行測試目的，單臺式多重通訊測試系統(tǒng)必須內(nèi)置多個VSA和VSG子系統(tǒng)再加上內(nèi)置開關(guān)式測試式接口，使某些連接口可分享同一子系統(tǒng)，而某些連接口則定為作并行測試口。從技術(shù)上來說，多個射頻子系統(tǒng)、不管是開關(guān)式和專用等多個接口或共享同一電源等的設計都是無形中建立了互相干擾的環(huán)境，舉例在并行測試中，由兩個矢量信號源 （VSGs）產(chǎn)生的兩個信號通過測試口到達被測品的天線接口，兩個信號可能在系統(tǒng)或被測品（DUT）內(nèi)部產(chǎn)生串擾或其相干擾的問題，當然如在被測品內(nèi)部發(fā)生問題是用戶產(chǎn)品開發(fā)部要處理的工作，而多重通訊測試系統(tǒng)的設計工程師或公司必須確保選用專業(yè)高性能的器件和線路設計消除系統(tǒng)中VSG產(chǎn)生的互相干擾。

　　而共用電源系統(tǒng)亦可能產(chǎn)生干擾，因射頻信號可通過直流線路回傳電源系統(tǒng)而疊加於另一個VSG的信號上，如何使用濾波和線路設計隔絕射頻信號對直流線路的回流就成為工程師的另一個挑戰(zhàn)。

　　總括而言，最終目標是單臺式多重通訊測試系統(tǒng)在多個測試口進行測試時所得的結(jié)果要跟單種通訊測試儀表組裝的系統(tǒng)結(jié)果一致甚至有更好表現(xiàn)。

　　3 單臺式多重無線測試系統(tǒng)的誕生

　　LitePoint 早在去年推出的MIMO 測試系統(tǒng) IQnxn Plus 時就已走上單臺式多重無線測試發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域中，此IQnxn Plus系統(tǒng)的測試能力覆蓋 WiFi 和 WiMAX MIMO 所應用到的頻段及多端口并行測試，由軟件定議測試那種通訊模式。

　　在開發(fā)時，除了要決定整體系統(tǒng)架構(gòu)、端口安排、并行測試處理，工程師更要好好解決剛才提及到由多個VSA 和 VSG 所產(chǎn)生的種種問題，這些經(jīng)驗的累積成為實現(xiàn)真正單臺式多重通訊測試系統(tǒng)的重要基礎。

　　而另一個重要的基礎就是LitePoint在多種的通訊模式測試 WiFi， WiMAX， WiMedia， Bluetooth和GPS已有豐富的經(jīng)驗，而巧合地，除了WiMedia外，另外四種通訊模式WiFi， WiMAX， Bluetooth和GPS已被納入為智能手機和移動互聯(lián)網(wǎng)裝置的標準或短期的加增功能列表中。

　　今年萊特菠特科技（LitePoint）推出首款多重通訊（Multicom）裝置測試系統(tǒng)型號為IQ2010（圖4），此系統(tǒng)的硬件將具備6種通訊模式： WiFi， Bluetooth， GPS， FM， WiMAX和NFC，用戶可透過軟件授權(quán)的方式就能啟用各種通訊模式。使用者可視其所需購買這些授權(quán)方案，且在現(xiàn)場就能啟動增購的功能。

　　IQ2010 的操作是通過USB與電腦連結(jié)，利用提供的操作介面，可輕易控制系統(tǒng)進行測試，而系統(tǒng)包含三個并行測試的子系統(tǒng)，第一個為GPS任意波形發(fā)生器arbitrary waveform generator （AWG）提供GPS所需的信號，其頻率為1.57542 GHz L1。

　　在GPS測試同時可啟用FM子系統(tǒng)，后者是一個FM 任意波形發(fā)生器和FM矢量分析儀 VSA，頻段覆蓋為 76 至 108MHz。

　　第三個并行子系統(tǒng)用於測量WiFi， WiMAX， Bluetooth 和NFC，由於前三種通訊 （WiFi， WiMAX和Bluetooth）頻率重疊故不能作并行測試，WiFi 發(fā)射和接收測試可用RF1和RF2接口（I和Q）而頻段為 2.15 至 2.7GHz 和 4.9 至 6GHz，WiMAX 亦一樣但頻段為 2.15 至 2.7GHz， 3.3 至 3.8GHz 和 4.9 至 6GHz，Bluetooth 則在 2.4 至 2.5GHz 頻段。

　　NFC 用 BNC頭連結(jié)并利用內(nèi)置開關(guān)繞過本振（LO）和混頻部份使覆蓋從直流 （DC） 至35MHz；而內(nèi)置前端轉(zhuǎn)換裝置讓信號源和分析儀互相切換於RF1和RF2接口，例如 RF1進行WiFi發(fā)射而RF2進行WiFi 接收。

　　以上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可讓3種通訊如對WiFi， GPS和FM進行并行測試，以最為普遍智能手機的功能WiFi， Bluetooth， GPS和FM作例子，配含適宜的生產(chǎn)軟件，IQ2010可在WiFi和Bluetooth作串行測試時同時對GPS和FM作并行測試，這樣可減少一半的測試時間 （由100秒以上減至40秒內(nèi)），如圖2所示。

　　4 序列測試（sequence-based testing）功能

　　并行測試是最有效減少整體測試時間的方案，用家可自行組裝多臺單模式通訊儀表來實現(xiàn)或選用單臺多重通訊測試系統(tǒng)如IQ2010。 另外亦有一些方法可改進測試時間，在測試中的信號其實包含一連串不停在功率和調(diào)制變化中的數(shù)據(jù)包，用戶可利用ACK 信號的特點從而減少對被測品（DUT）傳送指令的次數(shù)變相地節(jié)省測試時間。

　　舉例，在誤碼率測試中，一般會發(fā)1000個數(shù)據(jù)包，然后看有多少個誤包出現(xiàn)，測試軟件中可能需要在每個包后發(fā)出要求發(fā)下一個包的指令如 “send the next one”，這樣處理就需要傳送多次指令。假如能得到芯片商的配合，讓DUT在收到一個無誤包時回傳一個ACK信號，沒有ACK信號回傳就代表是一個誤包，這樣用一指令連續(xù)發(fā)送1000個包，測試儀可跟據(jù)收到多少 ACK信號計算出誤包率，當中大量減少DUT和儀表的指令傳送時間。

　　5 用戶介面

　　而另一個LitePoint工程師要考慮的因素就是用戶的使用慣性，試想如采用多臺單模式的系統(tǒng)，要熟悉和應用多個不同介面就是一個煩事，更別說要組裝、協(xié)調(diào)和有效地使用在多重通訊裝置上，故在用戶介面的設計上，IQ2010在多個不同的通訊模式都用上相近的版面（圖5），相同的操作鍵亦盡量安排在同一位置，用戶只需熟悉一個通訊模式的操作介面，對其他模式的操作就不會感到復雜難用。

　　6 總結(jié)

　　不管今日或?qū)淼膫€人通訊裝備都會具備多重無線通訊模式，如果沒有創(chuàng)新的測試方案，每多一種通訊模式都會線性地增加生產(chǎn)成本和時間，在消費電子市場中，功能的增添是在劇烈競爭中的必然工具和發(fā)展，但價格卻又要保持競爭力，面對兩難處境，IQ2010在并行測試 （Concurrent Testing） 和 序列測試（sequence-based testing）的創(chuàng)新設計卻讓生產(chǎn)時間降低，解決了生產(chǎn)成本的瓶頸問題。