无线产品的发射器、接收器测试方法

1、无线测试新方案盘点人幅加速流程摘要：随着频率逐渐攀升到新的高度，无线和射频测试的复杂度和成本也在不 断增加。事实上，目前千兆赫级频率已相当司空见惯了。简单的am和fm/pm已被淘 汰，为更复朵的数字调制方法所取代。二进制相移键控(bpsk),正交相移键控(q psk)以及止交幅度调制(qam)都是目前的常用标准。手机还广泛采用了扩频(cdm a)技术。而同时，其它一些更先进的无线方法则开始采用止交频分复用(ofdm) o此外，软件定义无线电(sdr)和认知无线电(cr)、吋隙复用协议、雷达之类 的突发传输、调频、超宽带(uwb)等带宽技术，以及自适应调制等等专业无线技 术，使测试流程愈加复杂化

2、，这给设计人员或测试工程师带來了新的挑战。不仅止于此，测试速度也变得前所未冇的重要。但现在在工程屮仍然是上市 时间主宰一切，而测试没有增加任何价值。它只是一种为确保产品正常工作并符 合相关指南所产生的成木。制造测试花费的吋间越长，成木就越高，利润就越低。对手机像这样的大批量商品市场而言，这是很严酷的现实。仅仅今年生产的 新电话就超过了 10亿部，试想一下测试所花的时间！有制造商指出，若把一项 测试的时间减少10ms,每次生产运转就可以节省100万美元。尽管如此，在这方面还真有一些鼓舞人心的好消息。总是站在技术最前沿的 测试设备制造商认识到了这个问题并开发出了一些很棒的解决方案，可以简化且 大幅

3、度加速测试流程。虽然代价是必须做岀适当的折衷取舍，但颇为值得，毕竟 时间就是金钱。常用测试在规划无线测试吋，应该确保所采用技术的标准给出了需要测量的主要参数。 不论该标准是国际标准组织还是认证产品的业界联盟所制定，你都必须获取标准 文档，并了解其所有繁琐的细节。在其中你将找到必需进行的特殊测试极其所需 设备。切记两个事实。首先，射频测量是针对功率而非电压的。仪表和显示系统的 读数常常直接以功率单位给出，有吋又采用dbm的形式(即db值是以lmw为参考 值的)。表1显示了有效功率和dbm之间的关系。由于所有情况中的目标都是致 力于实现最大的功率输送，故电路内和测试仪器与被测器件z间的正确的阻抗匹

4、 配是至为关键的。大多数rf测量都采用50q的特性阻抗。其次，传输线至关重要。其不是同轴电缆，就是带状线或微带线，阻抗是关 键。标准特性阻抗为50q,所有的阻抗都应该匹配最大功率输送。此外，阻抗 还应该匹配最小的反射和高的电压驻波比(vswr),以避免效率低卜和电路损坏。一般而言，射频测试分为两类：一类针对发射器(tx),另一类针对接收器(r x)o下面给出了部分主要测试，此外还有许多其它的特殊测试。业界各个公司都 一直在致力于开发新的测试，不断丰富测试类型。发射器测试输出功率：最重要的测试是末级功率放大器(pa)的功率输出。利用频谱分析仪或向量信 号分析仪可以获得良好的测量结果，但人多数情况

5、都要求更高的测量精度，这就 需要射频功率计。射频功率计可以提供所需的精度以确保满足任何标准或规范。两个常见的功率测量是平均功率和峰值功率，貝体选择哪一个取决于所采用 的调制方法是什么类型。某些应用屮，更复杂的是门控或时控功率测量的要求。 比如，采用tdma技术的gsm手机标准要求在分配的524.6-us时隙内测量射频 突发信号。脉冲射频应用的另一个例子是雷达，其具有非常狭窄的脉冲和随机且 间或的编码格式。对于cdma,将测量平均功率，因为信号类似于随机或白色噪声。在必须同 时处理多个信号的cdma pa中，信号(尽管是随机的)可以累加在一起产生高至信 号的10到30倍的峰值功率。这类放大器屮的

6、一个主要测量参数是振幅因子(cr est factor),又称峰均比(peak-toaverage ratio)它口j以是功率比或电压比。 某些射频功率计可以测量和计算振幅因了。另一个主要测量参数是pa的1-db压缩点。pa的输出功率随输入功率的增 加而线性增加，直到某个点。在某些功率级，输出将饱和，这意味着输出功率达 到最高值，并基本保持恒定，不再随输入功率的增加而变化(图1)。1-db压缩点 是指输出功率比其线性输出级低ldb时的点。pxer in (dbml1. the mb and thirtkfder htercept points are c«mnion rf p#wer

7、 amplier mea$uremnt$.tliird-order output ulope 31当然，放犬器进入饱和级状态会增加其压力。更糟糕的是，由于互调失真(i ntcrmodulation distortion, imd)效应，非线性响应会产生谐波和伪信号。可以 利用频谱分析仪测量谐波和伪信号。三阶截取（toi） : imd也是一项常见测试，用以测量放大器中的非线性量。 把两个测试信号加载在放大器上，对输出进行测量。fl和f2两个基频信号混合， 产生信号和与信号差，以及更高阶的产物。信号和与信号差因为是二阶产物，通 常很易于滤除。但所谓的三阶产物，即2fl - f2与2f2 - fl,

8、却很难滤除，因 为它们与两个原始信号非常接近（图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.这些三阶产物可以通过确定t01来测得。该测试也被称为1p3或1m3,可间 接测得t0i的幅度。在图1所示的输出功率与输入功率的关系图中，主曲线的斜 率是-。根据定义非线性度的三角式的数学特性，t

9、0i产物的曲线斜率为三。需注意，该曲线与主要线性图的交叉点位于放大器的压缩点之上。这是因为 无法直接测量t0i。线性图和t0iz间的差距越大，失真越少，互调产物越小。 t01测试也用于接收器。误差向量幅度（evm）:evm是对调制质量的测量。它表示发射信号与理想信号的接近程度。由于大 多数调制方法都采用信号为同相（i）和正交（q）格式的数字技术（bpsk、qpsk、qa m、8psk等），故输出可用星座图来表示（图3）。星座图上的每一个点都代表一个两位或更多位的输出。evm通常表示为误弟向量的长度与理想参考向量的长度z比，一般被规格化 为最大的符号幅度，并用百分比来表示。evm二（误差向量长度

10、/最大参考向量长度）q 100邻近信道功率比（acpr)：acpr是发射信道平均功率与相邻频率信道平均功率之比，让发射器信号通 过接收器的滤波器组至邻近射频信道频率而测得。有时被称为邻近信道泄漏比(a clr),它测量有多少信号功率泄漏到邻近信道上。acpr最常用于cdma设备，其信号通常被下行转换为小频(if),被数字化并 进行快速傅立叶变换(fft),然后在频域显示。最后得到的图可以显示岀相邻信 道功率距离主信号功率有多远(用dbm表示)。接收器测试接收器灵墩度：在这项关键的接收器测试中，通常首先是把所需频率的信号馈入接收器前端, 然后利用信号发生器衰减器或外部衰减器进行衰减，直到信号“跑

11、频(drop out)。” 一般会对“跑频”做一定的定义说明，比如意指接收器失锁(lose lock)的那一 点。此外，还在信号中引入噪声以确定信噪比(s/n或snr),这时信号不再可读。一种确定灵敏度的可行办法是在接收器上进行比特误码率(ber)测试。把一 种伪随机比特位格式调制到发牛器产牛的信号上，再馈送到接收器。对重新获得 的比特位与接收到的解调后的比特位进行比较，就可以计算出比特误码率。信号 输入幅度继续降低或噪声级提高，直到超过所需ber。邻近信道抑制：这种测试采用一个或多个信号发生器来产生所需信号以及一个或多个干扰 信号。它测试接收器抑制邻近信道信号干扰的能力。测试仪器的选择aao

12、clkjficnawg input有许多专业的rf测试仪器可供选择。其屮最主要最常用的有任意波形发生 器(awg) 信号发生器、向量信号发生器、频谱分析仪、向量信号分析仪(vsa), 以及功率计(图4和图5)。这些仪器对实现快速精确的测量至关重要。4. the vector nentor i»es a proammable dsp an fpga «r asic to generate (he mtduiation.向量发生器和向量分析仪都基于sdr架构，非常适合于现在的无线标准，也 有益于测量速度的加快。这是因为sdr架构赋予了这些仪器很强的灵活性一一利 用额外的软件或固

13、件可以它们被迅速地改变、更新与提高。可编程的dsp和/或fpga或astc在发生器中进行调制，在分析仪中进行解 调、下行转换和解码。高性能pc机常常用于dsp,并内建于仪器内。可以把专 业的软件或固件增加到发生器或分析仪小，将仪器设置为基于特殊无线电技术或 无线协议进行测量（表2）。示波器虽然不常用于射频测试，但在某些应用中仍大有作为。例如，tektr onix的dp0/dsa70000示波器就是uwb等极大带宽rf信号的理想平台。加上te ktronix的uwb软件，它口j以全面测试流彳亍的wimedia uwb无线电及其它宽带无 线设备（图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