無線產(chǎn)品的發(fā)射器、接收器測試方法

1、無線測試新方案盤點人幅加速流程摘要：隨著頻率逐漸攀升到新的高度，無線和射頻測試的復(fù)雜度和成本也在不 斷增加。事實上，目前千兆赫級頻率已相當(dāng)司空見慣了。簡單的am和fm/pm已被淘 汰，為更復(fù)朵的數(shù)字調(diào)制方法所取代。二進制相移鍵控(bpsk),正交相移鍵控(q psk)以及止交幅度調(diào)制(qam)都是目前的常用標(biāo)準(zhǔn)。手機還廣泛采用了擴頻(cdm a)技術(shù)。而同時，其它一些更先進的無線方法則開始采用止交頻分復(fù)用(ofdm) o此外，軟件定義無線電(sdr)和認(rèn)知無線電(cr)、吋隙復(fù)用協(xié)議、雷達(dá)之類 的突發(fā)傳輸、調(diào)頻、超寬帶(uwb)等帶寬技術(shù)，以及自適應(yīng)調(diào)制等等專業(yè)無線技 術(shù)，使測試流程愈加復(fù)雜化

2、，這給設(shè)計人員或測試工程師帶來了新的挑戰(zhàn)。不僅止于此，測試速度也變得前所未冇的重要。但現(xiàn)在在工程屮仍然是上市 時間主宰一切，而測試沒有增加任何價值。它只是一種為確保產(chǎn)品正常工作并符 合相關(guān)指南所產(chǎn)生的成木。制造測試花費的吋間越長，成木就越高，利潤就越低。對手機像這樣的大批量商品市場而言，這是很嚴(yán)酷的現(xiàn)實。僅僅今年生產(chǎn)的 新電話就超過了 10億部，試想一下測試所花的時間！有制造商指出，若把一項 測試的時間減少10ms,每次生產(chǎn)運轉(zhuǎn)就可以節(jié)省100萬美元。盡管如此，在這方面還真有一些鼓舞人心的好消息?？偸钦驹诩夹g(shù)最前沿的 測試設(shè)備制造商認(rèn)識到了這個問題并開發(fā)出了一些很棒的解決方案，可以簡化且 大幅

3、度加速測試流程。雖然代價是必須做岀適當(dāng)?shù)恼壑匀∩?，但頗為值得，畢竟 時間就是金錢。常用測試在規(guī)劃無線測試吋，應(yīng)該確保所采用技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)給出了需要測量的主要參數(shù)。 不論該標(biāo)準(zhǔn)是國際標(biāo)準(zhǔn)組織還是認(rèn)證產(chǎn)品的業(yè)界聯(lián)盟所制定，你都必須獲取標(biāo)準(zhǔn) 文檔，并了解其所有繁瑣的細(xì)節(jié)。在其中你將找到必需進行的特殊測試極其所需 設(shè)備。切記兩個事實。首先，射頻測量是針對功率而非電壓的。儀表和顯示系統(tǒng)的 讀數(shù)常常直接以功率單位給出，有吋又采用dbm的形式(即db值是以lmw為參考 值的)。表1顯示了有效功率和dbm之間的關(guān)系。由于所有情況中的目標(biāo)都是致 力于實現(xiàn)最大的功率輸送，故電路內(nèi)和測試儀器與被測器件z間的正確的阻抗匹

4、 配是至為關(guān)鍵的。大多數(shù)rf測量都采用50q的特性阻抗。其次，傳輸線至關(guān)重要。其不是同軸電纜，就是帶狀線或微帶線，阻抗是關(guān) 鍵。標(biāo)準(zhǔn)特性阻抗為50q,所有的阻抗都應(yīng)該匹配最大功率輸送。此外，阻抗 還應(yīng)該匹配最小的反射和高的電壓駐波比(vswr),以避免效率低卜和電路損壞。一般而言，射頻測試分為兩類：一類針對發(fā)射器(tx),另一類針對接收器(r x)o下面給出了部分主要測試，此外還有許多其它的特殊測試。業(yè)界各個公司都 一直在致力于開發(fā)新的測試，不斷豐富測試類型。發(fā)射器測試輸出功率：最重要的測試是末級功率放大器(pa)的功率輸出。利用頻譜分析儀或向量信 號分析儀可以獲得良好的測量結(jié)果，但人多數(shù)情況

5、都要求更高的測量精度，這就 需要射頻功率計。射頻功率計可以提供所需的精度以確保滿足任何標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。兩個常見的功率測量是平均功率和峰值功率，貝體選擇哪一個取決于所采用 的調(diào)制方法是什么類型。某些應(yīng)用屮，更復(fù)雜的是門控或時控功率測量的要求。 比如，采用tdma技術(shù)的gsm手機標(biāo)準(zhǔn)要求在分配的524.6-us時隙內(nèi)測量射頻 突發(fā)信號。脈沖射頻應(yīng)用的另一個例子是雷達(dá)，其具有非常狹窄的脈沖和隨機且 間或的編碼格式。對于cdma,將測量平均功率，因為信號類似于隨機或白色噪聲。在必須同 時處理多個信號的cdma pa中，信號(盡管是隨機的)可以累加在一起產(chǎn)生高至信 號的10到30倍的峰值功率。這類放大器屮的

6、一個主要測量參數(shù)是振幅因子(cr est factor),又稱峰均比(peak-toaverage ratio)它口j以是功率比或電壓比。 某些射頻功率計可以測量和計算振幅因了。另一個主要測量參數(shù)是pa的1-db壓縮點。pa的輸出功率隨輸入功率的增 加而線性增加，直到某個點。在某些功率級，輸出將飽和，這意味著輸出功率達(dá) 到最高值，并基本保持恒定，不再隨輸入功率的增加而變化(圖1)。1-db壓縮點 是指輸出功率比其線性輸出級低ldb時的點。pxer in (dbml1. the mb and thirtkfder htercept points are c«mnion rf p#wer

7、 amplier mea$uremnt$.tliird-order output ulope 31當(dāng)然，放犬器進入飽和級狀態(tài)會增加其壓力。更糟糕的是，由于互調(diào)失真(i ntcrmodulation distortion, imd)效應(yīng)，非線性響應(yīng)會產(chǎn)生諧波和偽信號?？梢?利用頻譜分析儀測量諧波和偽信號。三階截?。╰oi） : imd也是一項常見測試，用以測量放大器中的非線性量。 把兩個測試信號加載在放大器上，對輸出進行測量。fl和f2兩個基頻信號混合， 產(chǎn)生信號和與信號差，以及更高階的產(chǎn)物。信號和與信號差因為是二階產(chǎn)物，通 常很易于濾除。但所謂的三階產(chǎn)物，即2fl - f2與2f2 - fl,

8、卻很難濾除，因 為它們與兩個原始信號非常接近（圖2）。2. interimmation testing requires test sigsds. the biggest pr«uem les with the third-wckr prodicts. midi are diffkilt to filter shce they're so close to die main suls.這些三階產(chǎn)物可以通過確定t01來測得。該測試也被稱為1p3或1m3,可間 接測得t0i的幅度。在圖1所示的輸出功率與輸入功率的關(guān)系圖中，主曲線的斜 率是-。根據(jù)定義非線性度的三角式的數(shù)學(xué)特性，t

9、0i產(chǎn)物的曲線斜率為三。需注意，該曲線與主要線性圖的交叉點位于放大器的壓縮點之上。這是因為 無法直接測量t0i。線性圖和t0iz間的差距越大，失真越少，互調(diào)產(chǎn)物越小。 t01測試也用于接收器。誤差向量幅度（evm）:evm是對調(diào)制質(zhì)量的測量。它表示發(fā)射信號與理想信號的接近程度。由于大 多數(shù)調(diào)制方法都采用信號為同相（i）和正交（q）格式的數(shù)字技術(shù)（bpsk、qpsk、qa m、8psk等），故輸出可用星座圖來表示（圖3）。星座圖上的每一個點都代表一個兩位或更多位的輸出。evm通常表示為誤弟向量的長度與理想?yún)⒖枷蛄康拈L度z比，一般被規(guī)格化 為最大的符號幅度，并用百分比來表示。evm二（誤差向量長度

10、/最大參考向量長度）q 100鄰近信道功率比（acpr)：acpr是發(fā)射信道平均功率與相鄰頻率信道平均功率之比，讓發(fā)射器信號通 過接收器的濾波器組至鄰近射頻信道頻率而測得。有時被稱為鄰近信道泄漏比(a clr),它測量有多少信號功率泄漏到鄰近信道上。acpr最常用于cdma設(shè)備，其信號通常被下行轉(zhuǎn)換為小頻(if),被數(shù)字化并 進行快速傅立葉變換(fft),然后在頻域顯示。最后得到的圖可以顯示岀相鄰信 道功率距離主信號功率有多遠(yuǎn)(用dbm表示)。接收器測試接收器靈墩度：在這項關(guān)鍵的接收器測試中，通常首先是把所需頻率的信號饋入接收器前端, 然后利用信號發(fā)生器衰減器或外部衰減器進行衰減，直到信號“跑

11、頻(drop out)?！?一般會對“跑頻”做一定的定義說明，比如意指接收器失鎖(lose lock)的那一 點。此外，還在信號中引入噪聲以確定信噪比(s/n或snr),這時信號不再可讀。一種確定靈敏度的可行辦法是在接收器上進行比特誤碼率(ber)測試。把一 種偽隨機比特位格式調(diào)制到發(fā)牛器產(chǎn)牛的信號上，再饋送到接收器。對重新獲得 的比特位與接收到的解調(diào)后的比特位進行比較，就可以計算出比特誤碼率。信號 輸入幅度繼續(xù)降低或噪聲級提高，直到超過所需ber。鄰近信道抑制：這種測試采用一個或多個信號發(fā)生器來產(chǎn)生所需信號以及一個或多個干擾 信號。它測試接收器抑制鄰近信道信號干擾的能力。測試儀器的選擇aao

12、clkjficnawg input有許多專業(yè)的rf測試儀器可供選擇。其屮最主要最常用的有任意波形發(fā)生 器(awg) 信號發(fā)生器、向量信號發(fā)生器、頻譜分析儀、向量信號分析儀(vsa), 以及功率計(圖4和圖5)。這些儀器對實現(xiàn)快速精確的測量至關(guān)重要。4. the vector nentor i»es a proammable dsp an fpga «r asic to generate (he mtduiation.向量發(fā)生器和向量分析儀都基于sdr架構(gòu)，非常適合于現(xiàn)在的無線標(biāo)準(zhǔn)，也 有益于測量速度的加快。這是因為sdr架構(gòu)賦予了這些儀器很強的靈活性一一利 用額外的軟件或固

13、件可以它們被迅速地改變、更新與提高?？删幊痰膁sp和/或fpga或astc在發(fā)生器中進行調(diào)制，在分析儀中進行解 調(diào)、下行轉(zhuǎn)換和解碼。高性能pc機常常用于dsp,并內(nèi)建于儀器內(nèi)?？梢园褜?業(yè)的軟件或固件增加到發(fā)生器或分析儀小，將儀器設(shè)置為基于特殊無線電技術(shù)或 無線協(xié)議進行測量（表2）。示波器雖然不常用于射頻測試，但在某些應(yīng)用中仍大有作為。例如，tektr onix的dp0/dsa70000示波器就是uwb等極大帶寬rf信號的理想平臺。加上te ktronix的uwb軟件，它口j以全面測試流彳亍的wimedia uwb無線電及其它寬帶無 線設(shè)備（圖6）。m(m6.the agilent exa n

14、901oa signal analyzer is a lower-cost but improved version of the popular mxa series of signal analyzers. with the 89600 vector signal analyzer software the exa can analyze dmost any new wireless standard or protocol (a). keithle/$ 2910 rf vector signal generator has a frequency range of 400 mhz thr

15、ough 2.5 ghz and built-in waveforms for most common cell-phone formats (b) national instrumentsf pxie-1065 chassis includes a dual<ore pc with plug-in instruments like the vector signal generator, upconverter, downconverter; and vector signal analyzer (c).the rohde & schwarz fsu67 is the firs

16、t spectrum analyzer to provide continuous coverage from 20 hz to 67 ghz (d). and,tektronixrs rsa6100a series real-time spectrum analyzers are ideal for testing of all types of rf devicesit features a frequency range of 62 or 14ghz, un ique output displays, and a frequency mask trigger (e)instnimentr

17、fmeterfmmafy measurenieniix output vswrmsurement of po*efsfwctiufntk wet output. nd. harmonicsseep frequency techniques are used andriddulation bancmidthmeasuremerrt speed msigvector signalimptements most ix andcu&tomizable to specfic rf t»chnobesandzerrx t&stsand protocolssignalprovides a continuous sinemany t«ts require two or moregenerator«w) sal at a precise frequencyok genetatocsvector signal generatoc arbitidrygeneratorrroduws accurate digitally modulatepwidw modulation