wlan射频测试基本要点

2016-08-16 10:18:50来源: eefocus
此文着重谈一下WLAN射频部分测试基本要点,希望对刚刚涉及WLAN领域的朋友有一 定的帮助。另外此文主要着重于WLAN芯片的初期射频测试,关于工程大规模自动化测试(类似batch处理等)不在此文讨论范围。  
 
关于测试, 我们从测试的硬件,软件设置,测试环境构建及测试项目来着重谈一下。
 
第一部分, 测试设置

 

WLAN芯片的DUT,常见的基本是单功能的测试板或者是终端设备。 终端设备的WLAN射频性能测试也一般都放在产品初期开发阶段实施,目的是为了降低不良率带来的成本损失。 
 
单功能的测试板一般需要连接到电脑上的转接卡。一般可以向芯片原厂索取或购买。现在随着便携式电脑的兴起, 测试电脑用类似于树莓派的简易系统增多。笔者就曾见过有客户专门用Armadillo平台来搭建测试平台。操作系统常用的为linux系较多。 当然如果是基于windows系统(手机,电脑等)开发,用Win系统的也很常见。 关于硬件的设置,下面两点经常需要注意, 第一是电源及Reg开关的引线的设置,WLAN芯片一般都有模拟和数字部分的电压线,建议分布引出方便后面的电压测试。Reg开关比如你只需要测试WLAN的话,需要把Combo芯片里BT的Reg引线接地,避免不必要的漏电流产生。 第二是注意I/F部分的设置,比如PCIE的接口的话, 需要关注一下设置是不是支持sleep模式(L1SS等)。
 
除了硬件设置,在软件方面,我们也需要安装一些常用的工具比如测试吞吐速率(Tput)的Iperf,接入远程手机的teraterm或者putty等工具。还有一些常用编写测试程序的语言工具(C#,python,Perl等)也经常用的。 
 
第二部分, 测试环境
根据笔者对802.11ac/n的测试经验, 下面是一些常用的测试仪器。
CMW270
R&S FSW/FSV (固件升级后可以现在可以支持11ac 160MHz模式)
Litepoint  IQXel系列 IQ2010等  
Keysight N441x, N9x系列的Power meter
DC source N6705
Keysight的N4010 (只支持到11n)
N9030 (89601 option)
Reference router (厂商众多,不一一列举了) 
 
上面是一个不完整列表, 比如我们还经常用到数字程序衰减器,debug时常用的示波器等。 
 
第三部分, 测试项目 
这也是此文要重点谈一下的部分。
接触过WLAN测试的朋友都知道,射频电流部分的测试,使用的固件由于芯片自身的ROM,RAM大小的限制不同于面向客户的固件。 一些测试用的命令,功能通常只在测试版固件中得到支持。 而一些系统性的项目比如Tput,IEEE PS电流等,常常用面向客户的固件来测。 
 
1、发送端的测试:
 
根据IEEE 802.11标准,发送端常用的测试项目包括 
Tx EVM, Power, Transmit Spectrum Mask(22.3.18.1VHT) , ramp-up/down 时间,IQimbalance, Tx frequency accuracy等。 接收端常测的项目包括 Rx Sensitivity(Rxper) , Receiver adjacent channel rejection (ACI), RSSI.  此外我们还经常要测试LO leakage性能(22.3.18.4.2)。 
 
除了上述射频性能, 后面也简单谈一下Tput和电流的测试。 
 
现代WLAN芯片,一般来说Tx比Rx更难调试,调试测试往往从Tx端开始的居多。 这里有个前提先讨论一下, 很多芯片现在都是MIMO即2端口以后的居多。但是射频测试初期阶段我们往往先看单数据流(nss=1)模式的射频性能。根据经验, 一般开启多个数据流的情况下,射频性能也往往趋于变坏,各端口不仅芯片内外易受干扰,芯片温度的上升也会导致性能变差。 比如下面就是2x2的测试实例,1个链路ON(siso)和2个链路(CDD,STBC模式)的性能在high power处还是有微小区别的。  
 
基本上11a/g/n/ac的low rate的功率不受EVM要求限制, high rate的功率往往受EVM要求限制。 一般来说我们需要对CCK, 11a/g的54Mbps, 11n的mcs7, 11ac的mcs8nss1, mcs9nss1的rate测试。对CCK/DSSS rate来说, 各家wlan芯片表现不经相同,有的是EVM限制power,有的则是spectrum mask限制power。 在边缘channel如channel1, 11,13则会受到FCC band-edge power mask的限制。  11b rate又是2.4G beacon的默认rate,为了保持良好的接入率, 各家终端厂商及运营商对11b rate的power要求一般都很高。IEEE对  11b rate的EVM规格,从1999年版, 到2007年版,然后又在2012年版里做了3次修改。 细心的朋友可以去翻一下IEEE规格, 对比一下各测试仪的手册,了解到底是用哪个版本做的测试。
 
对于11ac的high rate, 常常还会碰到EVM floor margin不够的问题,除了芯片自身及板子调试的问题后,测试工程师还需要检查测试仪器的设置, 比如channel estimation的设定会显著影响OFDM rate的EVM性能。关于EVM性能的调试, 涉及到芯片固件或者BOM的影响, 我们将在后面的WLAN 射频调试里另篇分析。 
 
· Transmit spectrum mask及带内平坦性
 
IEEE 802.11 对各个band,各个带宽都做了详细定义。 
如果你所购买的仪器里没有类似的mask定义, 可以向厂商索取文件。
前面已经谈到,low rate的最高power更多是受mask限制。所以常常要测11b的各rate, 11a/g的6Mbps~9Mbps, 11n的mcs0, 11ac的mcs0nss1 rate。
 
带内平坦度的话,特别要看一下edge channel的性能,一般来说芯片厂商也提供可调的nvram参数, 可以配合测试。 从芯片设计的角度来说, mask和EVM一般都存在折中的关系, 要想mask好, 带内filter cut-off提升, sub carrier的EVM性能受到影响。
 
2、接受端的测试。 
· Rx PER
首先要测的就是接受灵敏度。 推荐在金属shield环境下用conduct连接测试。 
 
前文已经谈到,low rate,legacy模式如CCK的1/2Mbps敏感度对有些客户来说,要求比较苛刻。 现代CMOS工艺往往不能满足低噪声要求, 一般会在外面接LNA。 我原先所在的公司的WLAN芯片, OFDM rate相对IEEE要求(见下图), 一般有10dB的margin,可以来说问题都不大。 但是需要注意的是, 测试阶段最好花时间测一下所有的channel。 芯片的晶振,VCO干扰或者是数字部分的clock噪声都有可能落在某个channel里,产生的spur直接对灵敏度有杀伤性作用。 
 
还有当然要看一下channel之间的性能差是不是和Tx的Power能相关起来, 如果反应的不是一样的频率特性, 则需要仔细检查一下了。
 
· RSSI(received signal strength indicator)
 
RSSI其实是反映系统的一个指标, 往往用customer 固件测试比较多。 但是在RF测试阶段,常常需要校正其值,使RSSI值在整个power 变化范围内误差小于4dB(weak/strong level是6dB)。  另外根据设计不同, 比如你用外部LNA和内部LNA, 测出来的RSSI特性是不一样的,用外部LNA,可能需要校正power两头的RSSI。 RSSI值是被客户和芯片厂商用来直接作为系统控制引用的参数,认真的客户一般都会在终端上(含天线),测试over the air的RSSI值。 其值和吞吐率的RvR(Rate vs Range)是密切相关的。 
 
3、接下来我们再谈一下LO leakage的测试。 
LO leakage
推荐刚入门的朋友仔细读一下IEEE标准。 LO leakage的规格是独立出来单独定义的。看到OFDM输出的中心频带有LO的信号不必大惊小怪, 只要其不影响EVM性能就好。  
 
 
4、最后我们再谈一下电流的测试。 

 

  
电流的测试其实工程也挺浩大,主要包括IEEE定义的PM0, PM2模式及芯片的sleep模式,Tx,Rx等模式的电流。 随着Tput上升,遇到PCIE接口, 还有设计到PCIE sleep控制等。
 
下图是一例控制芯片从sleep模式恢复到wake up。 电流一般是数uA级别的值, 需要高精度的DC source。在实际情况中,运营商常常对手机WLAN模式电流也有一定的要求。 所以推荐使用客户固件来测试。
 
题外篇
WLAN的测试里面,最初让笔者感到困扰的是FCC及ETSI的Regulatory测试了。 关于这部分要写的话,最好是另起篇幅细述较好。 比如FCC的Band-edge测试,朋友们都知道么其实有2种测试方法,15.205的方法和15.247的方法。 当然这只是笔者写此文(2016年)时的情况, 将来可能会有变化。一般来说我们只用15.205方法就好。 15.205里面又有Bandedge average detection和bandedge peak detection两种。 Average看-41.3dBm的limit线, peak看-21.3dBmde 线。FCC的KDB文件(558074)对测试时频谱仪的具体设置(VBW,RBW,trace mode, Dectector选取等)有较详细的说明。偶尔,笔者也曾遇到过15.205测试通过的power level会在15.247(d)项目中fail. 
 
小结
此文介绍了WLAN射频测试的一些主要项目。包括测试设置,接收发的项目。基本涵盖了初期需要了解的部分。限于篇幅限制,此文没有介绍工厂产品测试,里面会设计如何优化测试速度,以及在接受发送之间的switching控制。

关键字:wlan  射频测试

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016081616740.html
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