移动通信终端生产测试趋势分析与新工具CMW500的应用

2009年12月03日 14:12    贾延安
关键词: 工具 , 趋势 , 移动通信 , 应用 , 终端
移动通信终端设计的变化

技术的逐步成熟以及竞争的不断加剧,使设计者越来越依靠无线通信之外的一些功能来保证利润。手机无线通信的价值已不再像十几年前那样举足轻重了,因此实现它的成本要求也越来越低,没人愿意为只有几个美元的通信芯片花费大量的设计、制造和测试的时间。

另一个有趣的现象是手机拥有了越来越多的无线功能。为满足不同环境下的各种应用,设计者不得不将多种无线技术都放到小小的手机中,还要保证性能的稳定可靠,设计和制造的技术难度在不断加大。

生产测试的新挑战

生产测试过程通常分为板测和终测两个阶段。板测对电路板上的无线模块进行校准,目的是给原本空白的手机板写入参数,调整由于元件个体间的差异造成的手机整体射频性能的不同。基本做法是:分频率和功率等级调节发射机功放的增益,调节基带调制器的频率误差,调节接收机前端低噪放的增益。整个过程由仪器测试数据并提供测试信号。终测用于验证校准效果的好坏。测试仪器和被测手机先建立话音呼叫连接,然后由仪器对发射机及接收机的性能进行测量。另外,有些厂家还会在这一站对话音质量或者天线的辐射性能进行验证。如果手机支持Bluetooth/FM/WLAN和GPS等技术,那么还要升级测试站的功能,甚至添加专门的测试站。

传统流程越来越不适应复杂手机的生产要求。通过观察可发现传统方法中以下因素对测试时间影响较大:测试软件、控制设备以及仪器的初始化、手机开关机、校准过程中,控制软件与手机之间的数据交互;建立呼叫;终测过程中,手机接收机误码率BER的测试;频段、制式间切换。

随多模手机的出现,测试所需时间在成倍增加,也意味着测试成本不断提高。现在典型的双模手机完整的测试时间普遍在3~5分钟,甚至更长。同时,Bluetooth/FM/WLAN和GPS等技术的加入,使整个测试方案、测试夹具、连接设备和仪器的配置及应用变得更加复杂。

现在各大手机制造商纷纷开始对原有测试模式进行改革,目的只有一个,即降低测试成本,简化测试流程。

测试领域越来越清晰的出现以下趋势。

使用非信令模式

传统方法中,话音呼叫的建立、系统切换,以及测试模式和正常模式间的切换、开关机这些动作占用了大量时间。信令动作旨在考验手机对高层协议信息的执行是否正确,完全可以转移到研发阶段测试。因此未来的终测也将像校准一样,完全在非信令模式下进行。以往必须借助信令模式构建收发环回链路进行的误码率测试,随着芯片和仪器能力的提升,也可在非信令条件下完成。

预定义的测试步骤和模式提高生产效率

校准时软件和手机之间存在大量的数据交互。目前的仪表的速度已经非常快,比如罗德与施瓦茨公司的CMU200,单次的功率测量只需要几十毫秒。但是大量数据交互所需要的时间远大于测试本身,形成速度瓶颈。

手机芯片已开始变得更智能,测试程序只需向芯片发出一次指令,指示手机发出不同功率和频率的信号序列,手机就能连续动作。同时仪器使用智能校准这样的技术进行一次性的测试,从而节省时间。此外,基于芯片和仪器的能力,工程人员还开发出多制式并行测量的新应用。

使用下一代宽带无线综合测试仪

受设计限制,现有的无线综测仪往往无法产生和分析宽带信号,如LTE和WiMAX技术使用的OFDMA调制信号,也无法对MIMO、 WLAN/GPS/DVB/CMMB等技术进行处理。为满足新的测试需求,罗德与施瓦茨公司推出了宽带无线综测仪CMW平台。该平台包括覆盖协议测试、研发测试以及生产测试等不同需求的系列产品,具有解调带宽大、扩展性强、测试速度快、同时又充分兼容以往技术的优点。各大手机厂商都纷纷开始使用这一新的测试平台。

调制技术,多址、双工方式与测量

无线信号的形式决定了应该使用何种测试方法,以及能够得到的测试结果。现代无线通信系统都在使用复杂的数字调制和多址接入技术,对于带宽、帧结构、调制方式、码元(码片)速率、滤波器类型、信道编码和纠错方式等众多低层(通常为PHY,MAC和RLC层 )参数都有明确的要求,这些参数都会影响到测试方法的实现。当然,为方便客户的使用,无线综测仪通常都有专门的测试工具,依据信号的不同特性进行定制。

不同的无线技术都有相应的测试规范,如GSM手机测试依照3GPP 51.010,WCDMA手机测试依照3GPP 34.121。但生产线通常不需要测试所有项目,否则成本会非常大。表1所示为一般研发阶段和生产线常用的测试项目,这些项目可保证手机最基本的射频性能的合格。

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表1 常见射频测试项目


而且,随着技术的发展,测试规范也在不断增加新内容。如LTE,很多项目还在持续完善当中,比如MIMO技术对LTE终端吞吐量和接收机误码率的影响,各终端厂家还在探索中。CMW平台是业内目前唯一实现LTE终端信令测试功能的方案。使用该平台,可模拟LTE基站的许多信令动作,完成终端的早期测试。 CMW还可扩充为独立的双通道仪表,实现MIMO的流量和接收机的测试。

CMW的典型应用

GPRF工具对WiMAX信号进行快速功率测量

用CMW500产生一个WiMAX上行信号,功率在0dBm。CMW500的GPRF功率测量工具可准确测得这个信号。请注意,MMI中的Filter Type和Bandwidth两个参数会对测试结果有影响。CMW提供的Filter Type有Bandpass、Gaussian、WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA,滤波器带宽为1kHz~40MHz,基本满足所有通信信号功率测量要求。通过GPRF工具集中的FFT频谱仪,还可从频域分析这个WiMAX信号。

列表模式下的信号分析

CMW500可灵活产生列表模式(List Mode)的信号。如图1所示,每个频点的功率和频率的设置都不一样。使用Smart Alignment可快速捕获这个信号。

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图1 列表模式信号的频点列表

Multi-Evaluation和环回BER并行测试

Multi-Evaluation可将WCDMA信号需要的发射测试结果一次性测得。如图2所示,CMW500还能同步进行误码率和误块率的测试。

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图2 WCDMA信号的Multi-Evaluation测试结果

在这个实例中,使用CMW500播放一个特定的波形文件,再用CMW500进行接收,通过内部触发器实现UL和DL同步,由CMW500读出BER结果,实现真正的收发并行测试。

TD-SCDMA信号分析

TD-SCDMA是我国提出的3G标准。目前CMW500支持对TD-SCDMA信号的Multi-Evaluation测试,且速度非常快。据以往实测结果,通过Multi-Evaluation测得指定频点的所有发射机结果,如图3所示,包括Modulation、Power vs. Time和SEM等等,时间可控制在1秒左右。

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图3 TD- CDMA信号的Multi-Evaluation测试结果

结语

手机越来越成为一种电子消费品,研发和生产都要紧紧围绕降低成本提高效益这一中心。CMW测试平台凭借极为丰富的功能和完美的表现,可为客户实现设计和生产价值的最大化,帮助客户在未来的十年内持续保持强劲的竞争力。

作者:罗德与施瓦茨中国有限公司高级应用工程师 刘轶旻    来源:电子设计应用2009年第11期
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