大幅加速流程的無線測試新方案盤點(diǎn)

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(shí)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)雜的數(shù)字調(diào)制方法所取代。

二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)，正交相移鍵控(QPSK)以及正交幅度調(diào)制(QAM)都是目前的常用標(biāo)準(zhǔn)。手機(jī)還廣泛采用了擴(kuò)頻(CDMA)技術(shù)。而同時(shí)，其它一些更先進(jìn)的無線方法則開始采用正交頻分復(fù)用(OFDM)。

此外，軟件定義無線電(SDR)和認(rèn)知無線電(CR)、時(shí)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，這給設(shè)計(jì)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有的重要。但現(xiàn)在在工程中仍然是上市時(shí)間主宰一切，而測試沒有增加任何價(jià)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)生的成本。制造測試花費(fèi)的時(shí)間越長，成本就越高，利潤就越低。

對手機(jī)像這樣的大批量商品市場而言，這是很嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)。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(shí)間！有制造商指出，若把一項(xiàng)測試的時(shí)間減少10ms，每次生產(chǎn)運(yùn)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(gè)問題并開發(fā)出了一些很棒的解決方案，可以簡化且大幅度加速測試流程。雖然代價(jià)是必須做出適當(dāng)?shù)恼壑匀∩?，但頗為值得，畢竟時(shí)間就是金錢。

常用測試

在規(guī)劃無線測試時(shí)，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(jìn)行的特殊測試極其所需設(shè)備。

切記兩個(gè)事實(shí)。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，有時(shí)又采用dBm的形式(即dB值是以1mW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(shí)現(xiàn)最大的功率輸送，故電路內(nèi)和測試儀器與被測器件之間的正確的阻抗匹配是至為關(guān)鍵的。大多數(shù)RF測量都采用50Ω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50Ω，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)，以避免效率低下和電路損壞。

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(RX)。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(gè)公司都一直在致力于開發(fā)新的測試，不斷豐富測試類型(參見www.electronicdesign.com, Drill Deeper 17102，“Six New Measurements You're Going To Need”一文)。

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，但大多數(shù)情況都要求更高的測量精度，這就需要射頻功率計(jì)。射頻功率計(jì)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(gè)常見的功率測量是平均功率和峰值功率，具體選擇哪一個(gè)取決于所采用的調(diào)制方法是什么類型。某些應(yīng)用中，更復(fù)雜的是門控或時(shí)控功率測量的要求。比如，采用TDMA技術(shù)的GSM手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)要求在分配的524.6-μs時(shí)隙內(nèi)測量射頻突發(fā)信號。脈沖射頻應(yīng)用的另一個(gè)例子是雷達(dá)，其具有非常狹窄的脈沖和隨機(jī)且間或的編碼格式。

對于CDMA，將測量平均功率，因?yàn)樾盘栴愃朴陔S機(jī)或白色噪聲。在必須同時(shí)處理多個(gè)信號的CDMA PA中，信號(盡管是隨機(jī)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。這類放大器中的一個(gè)主要測量參數(shù)是振幅因子(crest factor)，又稱峰均比(peak-to-average ratio)它可以是功率比或電壓比。某些射頻功率計(jì)可以測量和計(jì)算振幅因子。

另一個(gè)主要測量參數(shù)是PA的1-dB壓縮點(diǎn)。PA的輸出功率隨輸入功率的增加而線性增加，直到某個(gè)點(diǎn)。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(diǎn)是指輸出功率比其線性輸出級低1dB時(shí)的點(diǎn)。

當(dāng)然，放大器進(jìn)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(Intermodulation Distortion,IMD)效應(yīng)，非線性響應(yīng)會產(chǎn)生諧波和偽信號。可以利用頻譜分析儀測量諧波和偽信號。

三階截取(TOI):

IMD也是一項(xiàng)常見測試，用以測量放大器中的非線性量。把兩個(gè)測試信號加載在放大器上，對輸出進(jìn)行測量。f1和f2兩個(gè)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?yàn)槭嵌A產(chǎn)物，通常很易于濾除。但所謂的三階產(chǎn)物，即2f1 - f2與2f2 - f1，卻很難濾除，因?yàn)樗鼈兣c兩個(gè)原始信號非常接近(圖2)。

這些三階產(chǎn)物可以通過確定TOI來測得。該測試也被稱為IP3或IM3，可間接測得TOI的幅度。在圖1所示的輸出功率與輸入功率的關(guān)系圖中，主曲線的斜率是一。根據(jù)定義非線性度的三角式的數(shù)學(xué)特性，TOI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(diǎn)位于放大器的壓縮點(diǎn)之上。這是因?yàn)闊o法直接測量TOI。線性圖和TOI之間的差距越大，失真越少，互調(diào)產(chǎn)物越小。TOI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、QAM、8PSK等)，故輸出可用星座圖來表示(圖3)。