PXI模块在调试和测试移动电话特性中的应用

引言

测试是成本中应避免的支出。移动电话的生产测试成本可能会占项目总成本较大的一部分。在移动电话测试中，决定其参数和功能测试的程度是相当复杂的，必须对生产线变化以及在测试过程和设计成熟时加以评估。以调试为目的进行的测试与其它测试略有差别，调试在生产过程中是重要的增值步骤，而不单只是验证过程。调试的需求直接与器件的设计相关，在此阶段采用PXI模块仪器有助于改进生产率和降低对功能测试的要求。

生产测试过程

印刷电路板(PCB)生产和手机生产是两个分开的制程。测试过程是从PCB生产线已装满元件的PCB被送到装配线时开始。在装配线上移动电话实现五项运作：固件安装、调试、RF特性测试、装配和功能测试。固件安装可能很费时间，特别是程序容量增加时。然而，该过程可达到两个目的，成功下载终端固体时也就验证了数字电路和数据I/O接口的许多功能。

安装固件后，终端进行调试和特征化。虽然这些过程是相互独立的，但它们常常在一个公用的测试台上进行。随着移动电话变为多模和多频，这一阶段会变得更加复杂。这是测试系统再设计的首要候选方案。主要要求是为各种接收和发射子系统提供调谐的调节，用于补偿所支持的每个频段内对电平线性度和频率响应的影响。在某种情况下，手机有两个独立的可能都要调谐的收发器。为了方便调谐，安装的固件将支持测试方式所作的操作，使终端能够直接接受控制而不必通过空中接口信令来进行。

所需测量次数会有很大变动。典型的移动手机发射机在每个功率电平下要分别调谐，并且测试要在每个频段的不同频率下重复。每次调谐还可能再重复一次。首先找出错误，然后验证所用的修正是否有效。对于TDMA系统，调试可能在发射机突发方式下进行。测试工具需要非常快速的功率测量，而且在宽动态范围内具有良好精度和适用于突发波形。

最常用的工具是功率计，但通常工程师们也会使用频谱分析仪或无线测试仪测量功率。功率计的优点是绝对电平的精度良好。当测试系统本身经常作例行校准时，这一优点就不突出了。功率计的不足是只能作为一种测量。需要增加仪器时，测试台的复杂程度亦随着增加。另外，当测量功率时，其它调试，如IQ调制器的调整必须串行进行，而频谱分析仪或无线测试仪可用同样的取样数据作并行测试。

图1　装配线的五项运作

频谱分析仪是一种扫频调谐设备，用作快速功率测量并不合适。为了快速测量功率，频谱分析仪通常工作在零扫频方式，此时相当于一台调谐接收机。功率测量通过滤波器来进行，该滤波器带宽由系统要求而定。频谱分析仪带有模拟滤波器，引入大的带宽切换误差。只要知道所用滤波器，这种误差是能够修正的。频谱分析仪比功率计具有较宽的测量动态范围，但是通常只有在基准电平下才具有良好的电平精度。这表明只要分析仪每次的功率电平设置有变化，就会在测量中增加很大的延时，或者测量值带有较大的不确定性。尽管分析仪的电平线性度可特征化，但这样会导致测试系统软件设计的复杂化。

图2　基于PXI的RF测试系统

无线测试仪与零扫频的频谱分析仪相似，同样拥有类似的限制。无线测试仪的优点是在生产过程的后阶段能够用作功能测试，极少出现装配好的产品要重新回到测试台的情况。接收机调试是使用一个精确稳幅的RF信号作为激励源。信号可以是连续波或调制波，可以是调谐频率或略有失调。接收机在高达30多个不同RF输入电平下，实施接收信号强度指示(RSSI)的内部测量。在每次输入电平下，从终端读出RSSI的读数，同时计算出增益调节值。噪声测量也可在任何RF输入为零时进行。测试信号所需的电平范围可超过100dB和最大值约为0dBm，以便克服被测器件前端的测试系统的损耗。

接收机调试所用工具通常是信号发生器或无线测试仪。电平精度、重复性、稳定性和设定时间是同样重要。另外，确定电平切换所需的工作次数后，切换可靠性是一项关键参数。

完成收发器的调试后，通常还有收发器特性化的测试，采用测量参数来表征无线系统的特性。发射机特征化包括在有限点数下进行功率的再验证，以及测量以相位误差或以EVM表示的调制质量。测量有调制的发射频率比较复杂，首先需要信号解调，在这种情况下能够计算出任何基本频率的错误。一般还要测量频带内干扰(即相邻信道功率)或者输出无线频谱。

接收机的特性化通常只限于灵敏度。模拟系统测量SINAD(信号噪声失真比)，数字系统测量BER(码错误率)或类似量。BER是较复杂的测试，可用多种方法实现。对于GSM制式，可用多种方法实现，可命令接收机重新发射接收到的数据，称为回送测试，回送可在接收链路的不同点上进行。如果原始数据被回送，则只能测量BER，但有助于速度测试。如果符号码在回放前被解码，这样，除了BER以外还可测量接收机修正错误代码的能力。

基于PXI的RF测量系统

移动电话的调试和特征化是基于PXI的RF仪器的理想候选应用。通常采用GPIB控制的仪器能够完成这种测试任务，它们主要设计成手动前面板操作，可提供许多功能用于研发测试。现在，PXI模块的低成本测试系统是另一种可行的选择，系统只需购买有用的功能和特性就可以了。基于PXI的产生精确调制和非调制载频的RF激励源，可用来代替较大型和成本较高的通用信号发生器。市售的PXI模块仪器具有良好的RF特性、电平精度和重复性。

采用工业标准驱动器使PXI模块容易与测试系统软件集成在一起。测量RF功率和发射机特性的PXI信号分析仪可用非频谱分析仪、功率计和无线测试仪。基于PXI的RF数字化仪可将RF信号变换成数字IF数据，与软件库一起使用。

最终测试

在移动电话装配完成后，进行最终测试。最终测试是验证键盘状态、显示、语音传感器和天线的性能是否正常。最终测试经常使用基站仿真器，它是带有系统协议软件的无线测试仪，实现移动电话发起呼叫或结束呼叫的过程。该设备亦也可用于RF测量，这就是为什么特性化过程有时推迟到终测的原因。

键盘和显示不使用无线测试仪直接测试，因此，测试系统装有气动手指和摄像机。某些电话键可用双音多频(DTMF)命令来测试，表示基站仿真器接收到这些命令。更多现代的移动手机装有与空中接口发射无关的附加键，故键盘测试往往采用串行接口连接。语音传感器由测试座上的音频耦合器来测试。测试台也可安装天线耦合器件代替直接RF连接。在这种情况下可测试无线天线。但为了降低与相邻的测试单元的串扰问题，则必须有良好的RF屏蔽。

结语

在测试阶段，有大量仪器类型可供选择，决定因素主要是速度、精度、可靠性、灵活性和价格。台式GPIB控制仪器在很长时间内都是首选设备，但是更新的总线技术拥有更快的速度和吞吐量。例如以太网和USB的速度则比GPIB，甚至HS488(高速GPIB)的速度更快。

模块仪器，如VXI和PXI，可以提供高度用户化和可重配置的测试系统开发，并且可与任何系统结构，例如GPIB、VME等构建接口。在两种模块结构中，PXI由于拥有卓越的总线速度、较低价位和大量可选用的模块，因而迅速处于领先地位。RF的PXI测试仪器现在可提供与台式GPIB具有同样水平的功能和性能的模块，并且拥有PXI的尺寸、成本、灵活性和速度等的优点。一台8插槽的PXI机箱内装有一个嵌入式系统控制器、一个双通道任意波形发生器的RF信号发生器、一个RF数字化器和DUT接口，能够完全满足传统上由堆叠式仪器完成的调试和特征化功能，但成本只要几分之一。RF数字化仪器将RF信号转换成相位和幅值相关的数字IQ数据，传输到软件库的系统控制器内。这些测量功能能够在多种开发环境内提供硬件控制和输出测量结果。