現(xiàn)今的個(gè)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(jī)就具備藍(lán)牙 (Bluetooth)、無線上網(wǎng)(WiFi)和蜂窩式移動(dòng)手機(jī)(cellular)等多種無線通訊功能,我們再看看今日的3代手機(jī)結(jié)合了藍(lán)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(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y試,但如以傳統(tǒng)的對每種通訊方式進(jìn)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(jià)格和利潤,如何能確保產(chǎn)品質(zhì)量同時(shí)最少化測試時(shí)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(shè)備只針對一至兩種的無線通訊方式進(jìn)行測試,換言之,測試一部多重通訊裝置時(shí)則需在多個(gè)工位進(jìn)行不同種類的連結(jié)測試,當(dāng)中每個(gè)工位可能須重新接線、加電、初始化等等工序,這樣便導(dǎo)致生產(chǎn)測試時(shí)間線性地增長(如圖1),為達(dá)至生產(chǎn)量和速度,只可增加產(chǎn)線和測試設(shè)備;在這里要強(qiáng)調(diào)的是總測試成本應(yīng)該理解為測試設(shè)備成本結(jié)合上每件產(chǎn)品的測試時(shí)間成本,如圖1的生產(chǎn)模式,要減低測試時(shí)間成本就要增加測試設(shè)備成本。
當(dāng)然,最理想的方案是單臺(tái)測試設(shè)備能夠具備多種無線通訊功能測試,更甚者,數(shù)項(xiàng)測試項(xiàng)目在同一測試設(shè)備能同時(shí)進(jìn)行,這樣就能大大地減少測試時(shí)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(shí)間
測試時(shí)間實(shí)際上是由多個(gè)獨(dú)立的工序構(gòu)成 – 產(chǎn)品運(yùn)送、夾具裝卸、程式下載和實(shí)際的測試分析,減省任何一個(gè)工序的時(shí)間對總體測試時(shí)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(yùn)送和夾具裝卸的時(shí)間就不需在每種無線通訊中重復(fù)從而減省很多時(shí)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(shí)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(jìn)行優(yōu)化每種無線通訊的測試時(shí)間,舉例,假若GPS的全幀為30秒,而現(xiàn)在達(dá)至的測試時(shí)間為33秒,那就意味著當(dāng)中有10%的改進(jìn)空間。
除此外,有一重要的理解,工程師需意識到整個(gè)優(yōu)化工程其實(shí)是數(shù)個(gè)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(shè)計(jì) (Device’s Architecture),芯片的底層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (Underlying Chipset Architecture), 軟件驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)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(jìn)行專門設(shè)計(jì)的方案,使整個(gè)生產(chǎn)時(shí)間和成本有顯著的減幅。
假如“多重通訊裝置”是未來一個(gè)主流產(chǎn)品和市場,相信很快會(huì)進(jìn)入量產(chǎn)和普遍應(yīng)用,生產(chǎn)成本這個(gè)瓶頸問題是必須面對和解決,而革命性的單臺(tái)式無線“多重通訊”測試系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)以上優(yōu)化工程的基礎(chǔ)。
2 單臺(tái)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(tái)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(fù)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(tái)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(tái)式測試系統(tǒng)及利用軟件技術(shù)在單臺(tái)硬件上擴(kuò)展更多的應(yīng)用如藍(lán)牙、ZigBee 等等。
單臺(tái)的多重通訊測試系統(tǒng)需把移動(dòng)手機(jī)、WiFi、藍(lán)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(lán)牙)是用相同的頻譜,而可用同組的VSA和VSG子系統(tǒng)進(jìn)行測試,但無論如何針對不同的通訊,要達(dá)到并行測試目的,單臺(tái)式多重通訊測試系統(tǒng)必須內(nèi)置多個(gè)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(gè)射頻子系統(tǒng)、不管是開關(guān)式和專用等多個(gè)接口或共享同一電源等的設(shè)計(jì)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(gè)矢量信號源 (VSGs)產(chǎn)生的兩個(gè)信號通過測試口到達(dá)被測品的天線接口,兩個(gè)信號可能在系統(tǒng)或被測品(DUT)內(nèi)部產(chǎn)生串?dāng)_或其相干擾的問題,當(dāng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(gè)VSG的信號上,如何使用濾波和線路設(shè)計(jì)隔絕射頻信號對直流線路的回流就成為工程師的另一個(gè)挑戰(zhàn)。
總括而言,最終目標(biāo)是單臺(tái)式多重通訊測試系統(tǒng)在多個(gè)測試口進(jìn)行測試時(shí)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(tái)式多重?zé)o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(shí)就已走上單臺(tái)式多重?zé)o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(yīng)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(shí),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(gè)VSA 和 VSG 所產(chǎn)生的種種問題,這些經(jīng)驗(yàn)的累積成為實(shí)現(xiàn)真正單臺(tái)式多重通訊測試系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。
而另一個(gè)重要的基礎(chǔ)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(yàn),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(jī)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)裝置的標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(jìn)行測試,而系統(tǒng)包含三個(gè)并行測試的子系統(tǒng),第一個(gè)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(shí)可啟用FM子系統(tǒng),后者是一個(gè)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(gè)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(jìn)行WiFi發(fā)射而RF2進(jìn)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(jìn)行并行測試,以最為普遍智能手機(jī)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(shí)同時(shí)對GPS和FM作并行測試,這樣可減少一半的測試時(shí)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(shí)間的方案,用家可自行組裝多臺(tái)單模式通訊儀表來實(shí)現(xiàn)或選用單臺(tái)多重通訊測試系統(tǒng)如IQ2010。 另外亦有一些方法可改進(jìn)測試時(shí)間,在測試中的信號其實(shí)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(diǎn)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(shí)間。
舉例,在誤碼率測試中,一般會(huì)發(fā)1000個(gè)數(shù)據(jù)包,然后看有多少個(gè)誤包出現(xiàn),測試軟件中可能需要在每個(gè)包后發(fā)出要求發(fā)下一個(gè)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(gè)無誤包時(shí)回傳一個(gè)ACK信號,沒有ACK信號回傳就代表是一個(gè)誤包,這樣用一指令連續(xù)發(fā)送1000個(gè)包,測試儀可跟據(jù)收到多少 ACK信號計(jì)算出誤包率,當(dāng)中大量減少DUT和儀表的指令傳送時(shí)間。
5 用戶介面
而另一個(gè)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(tái)單模式的系統(tǒng),要熟悉和應(yīng)用多個(gè)不同介面就是一個(gè)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(shè)計(jì)上,IQ2010在多個(gè)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(gè)通訊模式的操作介面,對其他模式的操作就不會(huì)感到復(fù)雜難用。
6 總結(jié)
不管今日或?qū)淼膫€(gè)人通訊裝備都會(huì)具備多重?zé)o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(huì)線性地增加生產(chǎn)成本和時(shí)間,在消費(fèi)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(jià)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(shè)計(jì)卻讓生產(chǎn)時(shí)間降低,解決了生產(chǎn)成本的瓶頸問題。
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