802.11ac 5GHz設備在生產(chǎn)過程中的測試方法解析

　對于最新的802.11ac標準，制造工程師們正面臨越來越大的復雜性，這反過來又促使他們對測試策略進行不斷的創(chuàng)新，以滿足這些新近出現(xiàn)的要求。首先，也是最重要的一點是，在5GHz頻段內(nèi)以更高的帶寬和調(diào)制階數(shù)進行設備測試就意味著為工廠購買新的設備。但是，采用當今最新技術的設備還需要為傳統(tǒng)的技術標（802.11a/b/g/n）執(zhí)行后向兼容測試，這就使問題變得更為復雜?？紤]到這種趨勢，工程師們在制定測試策略時會在他們的測試計劃中聰明地加 入一些能幫助獲得特定測試覆蓋率的測試項目。本文對802.11ac設備的明智測試方法進行了深入的探討，并借此對下列問題作出了答復：“如果要求我對一個802.11ac設備進行測試，以確保良好的產(chǎn)品質(zhì)量，有多少項目是真正需要在生產(chǎn)過程中進行測試的？”
　　直接使用“低、中、高”方法
　　以前，我們通常采用“低、中、高”方法實施2.4GHz設備的驗證。這意味著在受支持的頻率范圍內(nèi)對最低率、中間頻率和最高頻率（信道）進行測試。這種直截了當?shù)姆椒▽?GHz頻段似乎是切實可行的，但當您考慮測試覆蓋率后，您的想法就會改變。參考圖1后我們首先發(fā)現(xiàn)，5GHz頻段涵蓋的頻譜比小于100MHz帶寬的2.4GHz ISM頻段多得多。其次，支持在5GHz上運行的芯片通常會在子頻帶上單獨運行，使用的是單獨的驗證信息。這種劃分子頻帶的做法是不同頻率范圍內(nèi)最大發(fā)送 功率不同所引起的，另一個原因是，制作一組能支持完整5GHz頻帶的校準參數(shù)會存在一定困難。顯然，“低、中、高”方法不能為這些子頻帶帶來足夠的測試覆 蓋率。
　　
　　圖1：2.4/5 GHz頻段的802.11頻譜總圖（包括 802.11ac）
　　如果暫時不考慮5GHz的要求，測試2.4GHz頻段的低、中、高頻率是不無道理的。在兩個極值點和中心點上進行測試的方法能確保待測物在所有信道上都有相 同的行為特征；事實上，這個過程也可通過一些簡單的后期處理手段來驗證整個頻率范圍的平坦度。參照圖2可以看出，錯過缺陷而只看到兩個測試點的可能性是存 在的，例如，在濾波器意外失配或滾降經(jīng)常發(fā)生的頻帶邊緣。這種缺陷發(fā)生情景正是我們建議在2.4GHz頻段內(nèi)采用三個測試點的潛在理由。此外，這個潛在的策略也是我們考慮5GHz頻段測試覆蓋率的基礎。
　　
　　圖2：意外的濾波器響應會錯失缺陷點，造成只有兩個測試點的結果。
　　迂回方案：芯片校準
　　測試覆蓋率考量方面一個有價值的見解是，芯片供應商通常會為發(fā)射器和接收器提供一個固定的校準表，在大多數(shù)情況下，該校準表會通知設備如何在規(guī)定的功率限值范圍內(nèi)執(zhí)行操作。一般而言，該校準表包括頻率范圍內(nèi)典型增益的信息以及發(fā)射器和接收器的功率信息。雖然存在這樣的表格，但制造過程中最好的做法是將這項基本的校準操作看作測試覆蓋率的一部分。
　　最常見的校準過程由兩個可追溯至功率測量值的步驟組成：
　　（1）校準待測物的發(fā)射功率；
　?。?）將校準信息傳送到接收器。
　　在這種頻率逐點測量方法中，功率校準過程會在驗證性能參數(shù)的同時將最終數(shù)據(jù)加入校準表。
　　5GHz意味著不同的測試過程嗎？
　　5GHz 頻段的測試覆蓋率遵循與2.4GHz相同的策略。由于在更高的頻率上運行，5GHz頻帶的校準更為重要，尤其是考慮到5GHz的頻率覆蓋區(qū)間（包括分解成 子頻帶的頻段）比2.4GHz多得多。另一個考慮因素是，5GHz的頻帶選擇濾波器不與每個子頻帶對齊，而是與所有子頻帶的覆蓋頻率對齊。
　　此 外，對5GHz而言，校準也更復雜。將校準范圍劃分成多個子頻帶的原因在于覆蓋整個5GHz頻帶的校準過程很難實現(xiàn)，尤其是因為不同子頻帶通常具有不同的 發(fā)射目標功率。測試子頻帶內(nèi)一個單一頻率點（尤其是它與校準過程的頻率相同時）幾乎不會提供額外的信息。舉例來說，這種簡單方法不會檢測出頻帶邊緣的濾波 器滾降，也不會檢測出子頻帶上的功率升降。
　　這些運行和校準特性是新的測試覆蓋率所必須應對的主要差別。
　　5GHz驗證
　　驗證是確認設備在其支持的頻率上能否正常運行的過程。對5GHz頻段應用2.4GHz的測 試策略就會涉及到對5GHz頻段的每個子頻帶實施低頻、中頻和高頻驗證。與校準過程相似，驗證過程也從發(fā)射功能的驗證開始，然后是接收功能的驗證。根據(jù)生 產(chǎn)過程的優(yōu)先順序，比較明智的做法也許是在5GHz的整個頻段上進行低頻、中頻和高頻的測試，但將測試放在每個子頻帶的某個頻率點上也許會更好些。后者能 縮短測試時間，但不能檢測到許多制造缺陷，而只能發(fā)現(xiàn)總體性能的失效情況。
　　進一步考察子頻帶上“低、中、高”方法的測試覆 蓋率可以為我們找到完善測試計劃的機會。乍一看，獲取每個子頻帶上低、中、高頻率點數(shù)據(jù)的做法似乎有點過分?？疾?.4GHz頻段內(nèi)中間點的目的是為了檢 測過濾器的失配，但5GHz頻段的子頻帶內(nèi)這種相同的中間點缺陷機制卻不存在。同樣，低頻和高頻點也不靠近子頻帶邊緣，這對驗證操作而言是更為有趣的現(xiàn) 象?？紤]到這個觀察結果后，我們發(fā)現(xiàn)測試覆蓋率可以通過測量每個子頻帶的兩個極值點的方法加以改善——尤其是用曲線定心方法（這種方法中，中間點通常被用 于定心）對子頻帶進行校準的情況下。
　　正如這種測試覆蓋率的初步觀察所告訴我們，待測物特性和缺陷機制的綜合結果正在影響我 們對測試項目的選擇過程。通過調(diào)整測試覆蓋率以適應這些影響因素，制造工程師們將可以精準地選擇測試項目，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量?？傮w而言，發(fā)射和接收功能代 表了我們所建議的測試覆蓋率的邏輯分類。同樣，測試覆蓋率將包括調(diào)制和吞吐量的邏輯分類。這樣，所有能充分驗證設備運行性能而同時又能篩查產(chǎn)品缺陷的測試 項目的集合就成了最佳的測試覆蓋率。這個過程將被作為組織本文剩余內(nèi)容的基礎。
　　當測試進入接收特性階段時，目標測試可以另外 增加濾波器紋波和其他隨頻率變化的指標。在這種方法中，我們應將整個頻帶的邊緣頻率點和分布在該頻帶上的其他幾個頻率點包括在內(nèi)。建議每個子頻帶至少取一 個測試頻率，但需注意，使用與發(fā)射測試過程中相同的頻率是沒有意義的?？傮w原則是避免在兩個幾乎相同的頻率點上測試接收器的性能；例如，子頻帶邊緣頻帶通 常是相鄰的。這樣，明智地選擇頻率點就可以使我們在更短的測試時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷。
　　在何處測試？
　　綜上所述，2.4GHz頻段利用現(xiàn)有的測試覆蓋率。5GHz頻段需要在每個芯片子頻段支持 的極值信道上進行發(fā)射驗證，這可以看作是5GHz的新測試項目。例如，發(fā)射機測試時三個子頻帶將需要至少六個頻率值（每個子頻帶的極值信道），以確保每個 子頻帶的平坦功率校準以及頻帶邊緣的頻率性能。同樣，接收器也將因為在最高和較低頻帶頻率（頻帶邊緣）以及分布于頻帶上的其他幾個頻率的測量而受益。作為 一種實用的折衷方法，我們也可以在每個子頻帶中只取一個頻率點（最小值），即最終有3-5個頻率；這在大多數(shù)情況下已足夠。對于發(fā)射器和接收器功能的測試 覆蓋率而言，這些測試項目可形成一個堅實的頻率基礎。
　　上述所有陳述都自然而然地以下列假設為前提，即芯片已經(jīng)過仔細的特性分析，且我們可以根據(jù)這些分析數(shù)據(jù)選擇理想的頻率進行測試。
　　測試什么？
　　接 下來我們需考慮的問題是，在這么多可能的測試條件下，我們需要在每個所選頻率上驗證什么項目。測試覆蓋率必須在現(xiàn)有2.4GHz測試計劃的基礎上不斷完善 以滿足802.11ac的要求。現(xiàn)有的測試基礎可能包括那些用于驗證低、中、高頻率點上最大數(shù)據(jù)傳輸速率情況下功率、EVM和模板的測試項目。除DSSS 調(diào)制信號之外，我們首要的任務是將OFDM調(diào)制信號增加到測試覆蓋范圍內(nèi)。制造工程師們通常會用相似的測試參數(shù)在相同的頻率上測試OFDM調(diào)制信號。在校 準過程中需要注意的是，由于在許多情況下DSSS和OFDM使用不同的校準參數(shù)（一個參數(shù)在另一個參數(shù)基礎上偏移一個固定的量），所以我們有必要對兩種方 法的校準量都進行驗證。幸運的是，DSSS在5GHz頻段上不受支持，因此，此測試項目是沒有必要的。但從另一方面來看，其他許多發(fā)送帶寬和調(diào)制方式還是 受支持的——尤其是在引入802.11ac標準后。