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從智能家居、智慧城市、智能工業等領域，不斷更新迭代的藍牙設備給人們提供了一個無限可能的智能生活場景。藍牙已經融入我們生活的方方面面，悄無聲息地改變著我們的生活習慣，讓我們的日常生活變得更加便利。在我們身邊曾經簡樸、分割的一切，現在都開始連接，并且變得智能。

回顧藍牙V1.0 到 V5.2 的技術變遷，從音頻傳輸、圖文傳輸、視頻傳輸，再到以低功耗為主打的物聯網傳輸。藍牙無線技術以其加密措施完善，傳輸過程穩定以及兼容設備豐富等諸多優點從眾多無線傳輸技術中脫穎而出。尤其是在授權門檻逐漸降低的今天，藍牙技術開始真正普及到各類數碼設備。

隨著藍牙技術的廣泛應用，藍牙IC的市場需求量不斷增加，ATE測試作為藍牙IC生產環節中重要一環，也是IC質量的關鍵把關途徑，它是非常耗費成本的一個工序，如何能滿足客戶越來越高的測試性能要求同時又兼顧成本考量，成了ATE廠家面臨的新挑戰。

今天小編就帶著大家來聊一聊關于藍牙IC ATE測試的那些事。在開始聊測試方案之前我們先一起學習一下藍牙技術以及藍牙技術更新迭代發展史。

一、藍牙概述

藍牙技術是一種尖端的開放式無線通訊標準，能夠在短距離范圍內無線連接桌上型電腦與筆記本電腦、便攜設備、PDA、移動電話、拍照手機、打印機、數碼相機、耳麥、鍵盤甚至是電腦鼠標；

藍牙采用分散式網絡結構以及快跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業、科學、醫學）頻段。其數據速率為1Mbps，采用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸。

相比于其他無線技術：紅外、無線2.4G、WiFi來說，藍牙具有加密措施完善，傳輸過程穩定以及兼容設備豐富等諸多優點。尤其是在授權門檻逐漸降低的今天，藍牙技術開始真正普及到所有的數碼設備。不過，藍牙這一路走來也并非完美，從1.0到4.2，再到現在的5.0，是一個不平凡的過程。

二、藍牙技術發展史

第一代藍牙：關于短距離通訊早期的探索

1999 年：藍牙 1.0

早期的藍牙 1.0 A 和 1.0B 版存在多個問題，有多家廠商指出他們的產品互不兼容。同時，在兩個設備“鏈接”（Handshaking）的過程中，藍牙硬件的地址（BD_ADDR）會被發送出去，在協議的層面上不能做到匿名，造成泄漏數據的危險。

因此，當 1.0 版本推出以后，藍牙并未立即受到廣泛的應用。除了當時對應藍牙功能的電子設備種類少，藍牙裝置也十分昂貴。

2001 年：藍牙 1.1

藍牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 標準，該標準定義了物理層（PHY）和媒體訪問控制（MAC）規范，用于設備間的無線連接，傳輸率為 0.7Mbps。但因為是早期設計，容易受到同頻率之間產品干擾，影響通訊質量。

2003 年：藍牙 1.2

藍牙 1.2 版針對 1.0 版本暴露出的安全性問題，完善了匿名方式，新增屏蔽設備的硬件地址（BD_ADDR）功能，保護用戶免受身份嗅探攻擊和跟蹤，同時向下兼容 1.1 版。此外，還增加了四項新功能；

AFH（Adaptive Frequency Hopping）適應性跳頻技術，減少了藍牙產品與其它無線通訊裝置之間所產生的干擾問題；

支持 Stereo 音效的傳輸要求，但只能以單工方式工作。

第二代藍牙：發力傳輸速率的 EDR 時

2004 年：藍牙 2.0

藍牙 2.0 是 1.2 版本的改良版，新增的 EDR（Enhanced Data Rate）技術通過提高多任務處理和多種藍牙設備同時運行的能力，使得藍牙設備的傳輸率可達 3Mbps。

藍牙 2.0 支持雙工模式：可以一邊進行語音通訊，一邊傳輸文檔/高質素圖片。

同時，EDR 技術通過減少工作負債循環來降低功耗，由于帶寬的增加，藍牙 2.0 增加了連接設備的數量。

2007 年：藍牙 2.1

藍牙 2.1 新增了 Sniff Subrating 省電功能，將設備間相互確認的訊號發送時間間隔從舊版的 0.1 秒延長到 0.5 秒左右，從而讓藍牙芯片的工作負載大幅降低。

另外，新增 SSP 簡易安全配對功能，改善了藍牙設備的配對體驗，同時提升了使用和安全強度。

第三代藍牙：High Speed，傳輸速率高達 24Mbps

2009 年：藍牙 3.0

藍牙 3.0 新增了可選技術 High Speed，High Speed 可以使藍牙調用 802.11 WiFi 用于實現高速數據傳輸，傳輸率高達 24Mbps，是藍牙 2.0 的 8 倍。

藍牙 3.0 的核心是 AMP（Generic Alternate MAC/PHY），這是一種全新的交替射頻技術，允許藍牙協議棧針對任一任務動態地選擇正確射頻。

功耗方面，藍牙 3.0 引入了 EPC 增強電源控制技術，再輔以 802.11，實際空閑功耗明顯降低。

第四代藍牙：主推” Low Energy”低功耗

2010 年：藍牙 4.0

藍牙 4.0 是迄今為止第一個藍牙綜合協議規范，將三種規格集成在一起。其中最重要的變化就是 BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗功能，提出了低功耗藍牙、傳統藍牙和高速藍牙三種模式：

”高速藍牙“主攻數據交換與傳輸；“傳統藍牙”則以信息溝通、設備連接為重點；”低功耗藍牙“以不需占用太多帶寬的設備連接為主，功耗較老版本降低了 90%。

2013 年：藍牙 4.1

藍牙 4.1 在傳輸速度和傳輸范圍上變化很小，但在軟件方面有著明顯的改進。此次更新目的是為了讓 Bluetooth Smart 技術最終成為物聯網（Internet of Things）發展的核心動力。

支持與 LTE 無縫協作。當藍牙與 LTE 無線電信號同時傳輸數據時，那么藍牙 4.1 可以自動協調兩者的傳輸信息，以確保協同傳輸，降低相互干擾。

2014 年：藍牙 4.2

藍牙 4.2 的傳輸速度更加快速，比上代提高了 2.5 倍，因為藍牙智能（Bluetooth Smart）數據包的容量提高，其可容納的數據量相當于此前的10倍左右。

改善了傳輸速率和隱私保護程度，藍牙信號想要連接或者追蹤用戶設備，必須經過用戶許可。用戶可以放心使用可穿戴設備而不用擔心被跟蹤。

第五代藍牙：開啟「物聯網」時代大門

2016 年：藍牙 5.0

藍牙 5.0 在低功耗模式下具備更快更遠的傳輸能力，傳輸速率是藍牙 4.2 的兩倍（速度上限為 2Mbps），有效傳輸距離是藍牙 4.2 的四倍（理論上可達 300 米），數據包容量是藍牙 4.2 的八倍。支持室內定位導航功能，結合 WiFi 可以實現精度小于 1 米的室內定位。針對 IoT 物聯網進行底層優化，力求以更低的功耗和更高的性能為智能家居服務。

2020年1月7日，在美國拉斯維加斯舉辦的CES2020展會上，藍牙技術聯盟（Bluetooth Special Interest Group，簡稱SIG）宣布即將發布新一代藍牙音頻技術標準—低功耗音頻LE Audio，新一代藍牙音頻技術打破了經典藍牙音頻的市場壟斷地位，開創了藍牙無線音頻新市場。LE Audio不僅在音頻質量上面做出了提升，更是加入了低功耗特性，使得藍牙音頻能夠在更多場景中應用。

在介紹完藍牙技術的發展史后，相信大家對藍牙技術已經有了一個初步的認識，接下來小編將以BLE（低功耗藍牙）為例，帶大家再來聊一聊藍牙IC的測試要求以及ATE測試方案；

三、BLE測試需求

1.藍牙測試中關鍵技術點介紹

（1）藍牙協議棧

Generic Access Profile（GAP）

前面Link Layer雖然對連接建立的過程做了定義，但它并沒有體現到Application（或者Profile）層面，而GAP則是直接與應用程序或配置文件通信的接口，它實現了如下功能：定義GAP層的藍牙設備角色（role），定義GAP層的用于實現各種通信的操作模式（Operational Mode）和過程（Procedures），定義User Interface有關的藍牙參數，包括藍牙地址、藍牙名稱、藍牙的PIN碼等；

主機控制接口層（Host Controller Interface，簡寫 HCI）：定義Host（主機）和Controller（控制器）之間的通信協議，這一層可以是軟件或者硬件接口，如UART、SPI、USB等。

Link Layer用于控制設備的射頻狀態，設備將處于Standby（待機）、Advertising（通告）、Scanning（掃描）、Initiating（初始化）、Connection（連接）這五種狀態中的一種。

由于BLE屬于無線通信，則其通信介質是一定頻率范圍下的頻帶資源（Frequency Band）；BLE的市場定位是個體和民用，因此使用免費的ISM頻段（頻率范圍是2.400-2.4835 GHz）；為了同時支持多個設備，將整個頻帶分為40份，每份的帶寬為2MHz，稱作RF Channel。

（2）BLE物理通道

經過上面的定義之后，BLE的物理通道已經出來了，即“頻道分別是‘f=2402 +k * 2 MHz, k=0, … ,39’，帶寬為2MHz”的40個RF Channel。

在鏈路層，將40個信道分為廣播信道和數據信道，有3個信道是advertising channel（廣播通道），分別是37、38、39，用于發現設備（Scanning devices）、初始化連接（initiating a connection）和廣播數據（broadcasting date）；剩下的37個信道為data channel（數據通道），用于兩個連接的設備間的通訊。

廣播信道分散在距離較遠的頻段上，過度的集中會導致如果該頻段受干擾嚴重，可能廣播就無法進行的情況，分散的目的是為了增加容錯率。

（3）藍牙包格式

? 常見藍牙數據包類型很多，但是通常只有DH (Data High-rate) and DM (Data Medium-rate) 兩種類型會被應用于生產測試中。

? DH、DM均有三種等級，分別為單時隙、3倍時隙和5倍時隙，每個DM或DH數據包后標有相應的數字，用來指示該數據包的長度。

? Standard Data Rate (1Mbps)

? DH1, DH3, DH5

? DM1, DM3, DM5

? EDR 2Mbps Data Rate (pi/4-DQPSK modulation)

? 2-DH1, 2-DH3, 2-DH5

? 2-DM1, 2-DM3, 2-DM5

? EDR 3Mbps Data Rate (8DPSK modulation)

? 3-DH1, 3-DH3, 3-DH5

? 3-DM1, 3-DM3, 3-DM5

（4）藍牙有效載荷類型（payload）

在生產測試中有三種不同的payload（有效載荷）類型，每一種payload側重device 的一種測試：

? PRBS9

? 發送頻譜分布接近實際信號的偽隨機序列，測試device工作性能；

? 10101010

? 針對調制濾波器模塊；

? 通過顯著改變頻譜形狀對發射機輸出能力進行壓力測試；

? 11110000

? 主要用來檢測DUT內部高斯濾波器；

（5）藍牙自適應跳頻技術

藍牙技術是工作在2.4GHz免費工業頻段上的短距離無線通信技術，同時工作在2.4G頻率上的還有其他無線通信標準，例如802.11。我們知道如果兩種頻率同時工作在同一個頻率段，那么就會產生相互干擾，造成數據傳輸質量降低。因此早期的藍牙設計者考慮了這些問題后，決定采用調頻的技術避免和802.11的頻率競爭，即在每一個固定的頻率上只駐留很短的時間然后在換一個頻率進行數據的通信。

? 自適應跳頻技術（AFH）是建立在自動信道質量分析基礎上的一種頻率自適應和功率自適應控制相結合的跳頻技術。該技術能使跳頻通信過程自動避開被干擾的跳頻頻率點，并以最小的發射功率、最低的被截獲概率，達到在無干擾的跳頻信道上，長時間保持優質的通信；

? 該功能主要通過SCAN進行測試，并且如果PLL測試通過就可以保證該功能可以工作；

2. 藍牙發射機特性測試（TX）：

?Output Power

通過Output Power測試，驗證最大峰值功率和平均射頻輸出功率；

初始條件：

DUT設置在最大功率下的直接TX模式；

DUT的初始狀態置為環回(Loop back)；

鏈路為Frequency hopping，白噪聲被關閉

儀表發射的有效負載為PRBS9；

規范要求峰值功率<23dBm，平均功率<20dbm；

如果DUT的功率等級為1，平均功率>0dbm；

如果DUT的功率等級為2，-6dbm<平均功率<4bm；

如果DUT的功率等級為3，平均功率<0dbm；

?Modulation Characteristics

調制特性是一種頻率偏差測量方法，主要是對調制指數的驗證；

初始條件：

調制方式采用的是GFSK；

DUT的初始狀態置為環回(Loop back)；

關閉Frequency hopping；

兩種不同類型的有效負載：

0xF0(11110000)：?f1

0x55(10101010)：?f2

測試log指數滿足以下條件：

140kHz ≤ ?f1avg ≤ 175kHz（至少99.9%的?f1avg滿足）

?f2max ≥ 115kHz（至少99.9%的 ?f2max滿足）

?f2avg/?f1avg ≥ 0.8

?20dB Bandwidth

測試驗證在工作頻率范圍內的排放是否在限制范圍內；

初始條件：

DUT設置在最大功率下的直接TX模式；

白噪聲關閉，關閉跳頻(Frequency hopping)；

芯片分別工作在低、中、高三個頻點；

藍牙測試儀掃頻找到相對應的最大功率的頻點；

找到在最大功率左右兩側對應功率下降20dB時的fL和fH，20dB的?f=|fH-fL|，要求?f<1MHz；

?In-band emissions

測試主要驗證在設備使用的頻率范圍內，來自DPSK發射機的有害信號水平低于要求的水平；

初始條件：

DUT設置為最大輸出功率下直接TX模式；

關閉白噪聲、跳頻，固定頻率測試(fTX=2406MHz、2440MHz、2476MHz)；

設置線損；

DUT配置最大輸出功率；

有效負載為PRBS9數據格式；

測試評估的標準：

在fTX=2406MHz、2440MHz、2476MHz時，PTX≤20dBm(滿足Out Power Classes即可)；

在fTXz±2MHz時，PTX≤-20dBm；

在fTXz±[3+n]MHz，n=0，1，2……時，PTX≤-30dBm；

3. 藍牙接收器測試（RX）：

? Sensitivity-signalslotpackets

測試目的：使用非理想發射機（單插槽數據包）測試靈敏度。此測試用例詳細地定義了發送到IUT的信號。IUT應滿足該非理想信號所要求的靈敏度。

初始條件：

DUT的初始狀態置為環回(Loop back)；

關閉Frequency hopping；

DUT以最大輸出功率發送回測試器；

測試儀的傳輸功率選擇為使DUT接收機的輸入功率為-70dBm；

?Sensitivity-multislotpackets

測試目的：多時隙數據包以靈敏度級別發送到DUT。（允許的最大長度）。此測試用例詳細地定義了發送到DUT的信號。DUT應滿足該非理想信號所要求的靈敏度。