利用先進(jìn)的校準(zhǔn)測(cè)試方法降低移動(dòng)設(shè)備的成本

如今消費(fèi)者利用10年前連聽都沒有聽說(shuō)過的各種方式使用移動(dòng)設(shè)備已是很平常的事情了。無(wú)論是在他們喜愛的咖啡館瀏覽網(wǎng)頁(yè)，通過無(wú)線耳機(jī)聽立體聲音樂，或者是在橫跨泛太平洋到中國(guó)后下載大容量文件，對(duì)所有這些先進(jìn)功能的需求都給移動(dòng)設(shè)備OEM廠商增添了不小壓力。

這些額外的功能一方面意味著需要添加額外的頻段，另一方面還意味著將增加成本。為了保持已經(jīng)很薄的利潤(rùn)空間，這些成本將轉(zhuǎn)嫁到消費(fèi)者身上。然而，轉(zhuǎn)到消費(fèi)者身上的成本也必須得到控制以便能夠在價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的市場(chǎng)上具有有效的競(jìng)爭(zhēng)力。既增加功能又要具有競(jìng)爭(zhēng)力，OEM廠商的唯一方案就是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)積極的變革。

移動(dòng)設(shè)備的成本除市場(chǎng)成本外主要包括材料(BOM)、裝配和測(cè)試。隨著功能增加，導(dǎo)致元器件數(shù)量增加，BOM和裝配成本似乎也將增加。通過將多功能集成到單芯片或模組中可以降低BOM成本，但這還要取決于芯片提供商的技術(shù)開發(fā)水平，一般來(lái)說(shuō)OEM廠商是無(wú)法控制的。裝配成本可以通過低勞動(dòng)成本和高自動(dòng)化生產(chǎn)水平來(lái)降低，不過這些可能都已經(jīng)整合到OEM產(chǎn)生的制造流程中了。

剩下來(lái)的就是測(cè)試了。由于測(cè)試的基本目的是確保設(shè)備質(zhì)量，故必須非常小心，以便降低測(cè)試成本的同時(shí)不會(huì)降低產(chǎn)品的質(zhì)量。

測(cè)試成本和時(shí)間相結(jié)合

廠商的測(cè)試成本包括操作員、夾具和測(cè)試設(shè)備本身成本，還有標(biāo)準(zhǔn)夾具無(wú)法提供而又必需的輔助連接產(chǎn)品(touches)方面所需的勞動(dòng)力成本。移動(dòng)設(shè)備的測(cè)試成本將隨著測(cè)試時(shí)間正比例變化。能夠成功地減少測(cè)試時(shí)間的廠商將能夠有效地降低成本。

測(cè)試時(shí)間通常與設(shè)備多用頻段和模式的數(shù)量成正比。假定其他所有都一樣，一個(gè)4頻段的GSM手機(jī)的測(cè)試時(shí)間將大致為單頻段手機(jī)的4倍。一個(gè)雙模4頻段/3頻W-CDMA手機(jī)的測(cè)試時(shí)間將大約為單頻W-CDMA手機(jī)的7倍。隨著藍(lán)牙，WLAN，甚至更多的全球頻段被整合到RF和基帶處理器中，測(cè)試時(shí)間只能增加，除非改變生產(chǎn)工藝。

傳統(tǒng)測(cè)試與現(xiàn)代測(cè)試

在80、90年代，移動(dòng)設(shè)備的功能測(cè)試靠的是呼叫測(cè)試。測(cè)試中呼叫處理所需的時(shí)間在總測(cè)試時(shí)間中占據(jù)著很大部分。例如，對(duì)于每次呼叫來(lái)說(shuō)，在測(cè)試之前CDMA移動(dòng)設(shè)備的注冊(cè)和呼叫建立就需要30秒以上的時(shí)間。

除了基于呼叫的功能測(cè)試時(shí)間代價(jià)外，由于測(cè)試設(shè)備內(nèi)部的處理能力的限制，也意味著在校準(zhǔn)和功能測(cè)試階段中無(wú)法同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和接收測(cè)試。假定接收測(cè)試為10秒，而發(fā)射測(cè)試為4秒，該串行測(cè)試也會(huì)比并行測(cè)試多出40%的時(shí)間。

起初，環(huán)回比特誤差率(BER)測(cè)量目的是確定設(shè)備接收機(jī)功能是否正常。由于BER實(shí)質(zhì)上采用的是統(tǒng)計(jì)方法，故需要發(fā)出大量的比特并進(jìn)行測(cè)量。對(duì)如此多的比特進(jìn)行測(cè)試等效于大量的測(cè)試時(shí)間，從而增加了額外的測(cè)試成本。先進(jìn)的減少時(shí)間的測(cè)試策略包括：

* 采用接收/發(fā)射并行測(cè)試

* 省去功能測(cè)試階段中的呼叫

* 利用新的基于C/N的接收機(jī)測(cè)量來(lái)取代BER測(cè)量

* 采用快速校準(zhǔn)模式

上述所有策略都要求在移動(dòng)設(shè)備芯片中存在非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模式。芯片中所實(shí)現(xiàn)的測(cè)試模式效率將實(shí)際影響OEM廠商工廠所需的投資。故采用較貴并具有較好校準(zhǔn)和測(cè)試模式的芯片的產(chǎn)品設(shè)計(jì)在后續(xù)的制造階段將有效地節(jié)省成本。

制造測(cè)試流程

在傳統(tǒng)手機(jī)設(shè)備制造過程的開始階段，進(jìn)入生產(chǎn)線的是裸板(PCB)，然后機(jī)器手將元器件和焊膏放置到電路板上，然后進(jìn)行回流焊(對(duì)于反面重復(fù)上述流程)，其后是校準(zhǔn)裝配好的PCB。在第二階段，將鍵盤，顯示器，以及其他的模組和元器件安裝到PCB上，隨后進(jìn)行最后的測(cè)試。有時(shí)，在組裝好機(jī)殼和電池后還有進(jìn)行語(yǔ)音呼叫測(cè)試，以確保在裝入用戶配件和發(fā)運(yùn)前設(shè)備能正常工作。

校準(zhǔn)方法

移動(dòng)設(shè)備校準(zhǔn)通常包括一系列的頻率/功率設(shè)置，并利用測(cè)試設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行功率測(cè)量。

對(duì)于接收機(jī)校準(zhǔn)，一體式的測(cè)試儀(OBT)能夠?yàn)橐苿?dòng)設(shè)備提供一個(gè)校準(zhǔn)的已調(diào)信號(hào)。移動(dòng)設(shè)備然后進(jìn)行接收測(cè)量，根據(jù)OBT產(chǎn)生的電平與設(shè)備接收到的電平差產(chǎn)生一個(gè)校準(zhǔn)因子并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。該過程需在每個(gè)頻段的多個(gè)頻點(diǎn)上重復(fù)，每個(gè)頻點(diǎn)上還有采用多個(gè)不同的功率電平。

對(duì)于發(fā)射機(jī)校準(zhǔn)，移動(dòng)設(shè)備被設(shè)置到指定的頻率和功率電平上，然后OBT測(cè)量電平，根據(jù)移動(dòng)設(shè)備所產(chǎn)生的電平與OBT測(cè)得到電平，產(chǎn)生一個(gè)校正因子并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。同接收機(jī)校準(zhǔn)一樣，需要在每個(gè)頻段的不同頻點(diǎn)上重復(fù)該過程，每個(gè)頻點(diǎn)上也要求采用數(shù)個(gè)不同的功率。

為了縮短測(cè)量周期并能同時(shí)測(cè)量移動(dòng)設(shè)備的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，業(yè)界開發(fā)出了幾種快速校準(zhǔn)模式。要實(shí)現(xiàn)最高測(cè)試速度，這些方法取決于移動(dòng)設(shè)備與OBT之間的同步。

如果校準(zhǔn)一臺(tái)W-CDMA4頻段設(shè)備的發(fā)射機(jī)，每個(gè)頻段上選15個(gè)頻點(diǎn)，每個(gè)頻點(diǎn)上選20個(gè)功率電平，就需要1200次發(fā)射測(cè)量。加上同一頻段的接收機(jī)測(cè)量為600次，則總測(cè)量次數(shù)為1800次。假定利用一般的OBT和移動(dòng)設(shè)備設(shè)置來(lái)串行地進(jìn)行這些測(cè)量，測(cè)量時(shí)間需要40ms，總的設(shè)備校準(zhǔn)時(shí)間為72秒。如果采用并行測(cè)量模式和快速校準(zhǔn)模式，測(cè)量時(shí)間可以大幅減小到25秒(見圖1)。

圖1：快速校準(zhǔn)測(cè)試與傳統(tǒng)測(cè)試所需的時(shí)間對(duì)比。

終測(cè)方法

移動(dòng)設(shè)備的終測(cè)通常包括在各種不同的頻率和功率上測(cè)量Tx和Rx參數(shù)的測(cè)量。這一測(cè)量的目的是確保設(shè)備能夠符合規(guī)范。

在傳統(tǒng)的終測(cè)中采用呼叫處理，頻率和功率的改變需要通過呼叫處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。接收機(jī)測(cè)試需用環(huán)回?cái)?shù)據(jù)的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，在絕大多數(shù)情況下以基于一個(gè)呼叫處理的測(cè)試模式為基礎(chǔ)。

在無(wú)需呼叫處理的現(xiàn)代終測(cè)中，無(wú)論是頻率和功率電平的改變都是通過主機(jī)接口對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行直接控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因而測(cè)試時(shí)間要快得多。取代接收機(jī)環(huán)回測(cè)試，采用載噪比測(cè)量，并將結(jié)果報(bào)告給測(cè)試系統(tǒng)。

對(duì)于上述W-CDMA 4頻段設(shè)備的校準(zhǔn)，如果每個(gè)頻段測(cè)試3個(gè)頻點(diǎn)(低，中，高)，每個(gè)頻點(diǎn)上3個(gè)電平，則Tx測(cè)試就要在36個(gè)點(diǎn)上提取參數(shù)數(shù)據(jù)。再假定Rx需要12個(gè)點(diǎn)，基于呼叫的Tx測(cè)量時(shí)間為100ms/點(diǎn)，環(huán)回接收機(jī)測(cè)試為10秒，而C/N Rx測(cè)量時(shí)間僅為100ms，基于呼叫處理的信道/電平改變時(shí)間為15ms，而基于直接控制的信道/電平改變時(shí)間僅為5ms，這樣自然就實(shí)現(xiàn)了測(cè)試時(shí)間的大幅減小，如圖2所示。

圖2：C/N測(cè)試與基于呼叫的環(huán)回測(cè)試時(shí)間比較。

快速校準(zhǔn)模式的實(shí)現(xiàn)

無(wú)論是移動(dòng)設(shè)備還是OBT，高速校準(zhǔn)采用特定的測(cè)試模式，來(lái)實(shí)現(xiàn)盡可能快的測(cè)試速度。有些OBT通過可視作為用來(lái)縮短OEM廠商測(cè)量時(shí)間的測(cè)量例程，提供了許多這類特定的測(cè)試模式。應(yīng)注意的是這些工具是沒有用的，除非在所用的芯片集中能夠采用一個(gè)等效的模式。

一個(gè)多觸發(fā)測(cè)量(圖3)模式提供了在一個(gè)單信道上快速測(cè)量GSM移動(dòng)設(shè)備的輸出功率的方法，功率電平可以多達(dá)500個(gè)。該方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)芯片集的修改較小。缺點(diǎn)是沒有Tx/Rx并行測(cè)量，還需要多個(gè)序列，具體取決于被測(cè)的Tx信道數(shù)量。

圖3：在單信道上實(shí)現(xiàn)GSM移動(dòng)設(shè)備快速測(cè)量的多觸發(fā)測(cè)量。

由于EDGE調(diào)制可能包括一個(gè)在GSM調(diào)制中所沒有的幅度的較大變化，需要采用一個(gè)特定的校準(zhǔn)技術(shù)來(lái)補(bǔ)償這一變化。預(yù)失真測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)這一校準(zhǔn)，具體方法是校準(zhǔn)設(shè)備中的功率放大器的相位與功率的關(guān)系。

第一種的預(yù)失真測(cè)量是當(dāng)輸入功率按方波變化時(shí)測(cè)量功率和相位。圖4所示即為該類測(cè)量，該測(cè)量中采用了500個(gè)相鄰的測(cè)試周期，周期長(zhǎng)度從200μs到4.6ms之間可調(diào)。

圖4：輸入功率以方波變化時(shí)測(cè)量功率和相位的預(yù)失真測(cè)量。

第二種預(yù)失真測(cè)量是在輸入功率按三角波形時(shí)變化時(shí)測(cè)量功率和相位。圖5中，測(cè)量在8192個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行，采樣率為1.625MHz。該方法在階段的時(shí)間內(nèi)提供了更多的數(shù)據(jù)，相對(duì)于第一種預(yù)失真測(cè)量，在芯片集上實(shí)現(xiàn)的難度可能會(huì)大一些。

圖5：輸入功率以三角波形時(shí)變化時(shí)測(cè)量功率和相位的預(yù)失真測(cè)量。

Tx/Rx與頻率關(guān)系的測(cè)量提供了一種方法，可以在各頻點(diǎn)和功率電平上快速地測(cè)量功率并產(chǎn)生已調(diào)信號(hào)。該測(cè)量是真正的Tx/Rx并行測(cè)量，故測(cè)試速度是當(dāng)前可用的最快校準(zhǔn)技術(shù)。

該測(cè)量中，輸入和輸出信號(hào)被重組成“序列”和“段”。如圖6所示，每個(gè)序列包含一系列指定輸入和輸出頻率上的測(cè)量，幅度是變化的。每個(gè)序列中，可以測(cè)量總共39個(gè)功率步進(jìn)，并同時(shí)輸出。每段的長(zhǎng)度設(shè)置為20ms。

圖6：目前測(cè)試速度最快的Tx/Rx并行測(cè)量，每個(gè)序列包含一系列指定的輸入和輸出頻率。

多功率測(cè)量類似于多脈沖Tx測(cè)量，除了不再使用GSM時(shí)隙和幀結(jié)構(gòu)之外，測(cè)量在移動(dòng)設(shè)備上按鄰近的步進(jìn)進(jìn)行。然而這并非真正的并行測(cè)量，該方法是多脈沖Tx測(cè)量的改進(jìn)，因?yàn)闆]有幀中的死區(qū)，故允許測(cè)量連續(xù)進(jìn)行。被測(cè)步進(jìn)的數(shù)量為10-80，每個(gè)步進(jìn)的周期為2-40ms，如圖7所示。

圖7：多功率步進(jìn)測(cè)量。

結(jié)論

現(xiàn)代的測(cè)試方法通過大幅地減小校準(zhǔn)和終測(cè)階段的測(cè)試時(shí)間，為OEM廠商提供了降低日趨復(fù)雜的設(shè)備的成本。該方案是OEM廠商所需的、具有成本效益的解決方案，同時(shí)增加了消費(fèi)者期望的功能。領(lǐng)先的測(cè)試方案提供商能夠通過將測(cè)試整合到新一代的OBT中，使OEM廠商實(shí)現(xiàn)這些先進(jìn)的測(cè)試方案。隨著業(yè)界在未來(lái)幾年里實(shí)現(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，有望實(shí)現(xiàn)更新和更快的測(cè)試解決方案。

作者：Mike Barrick

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