多无线通信终端并行自动化射频测试系统开发与应用

摘 要：无线芯片的自动化校准和验证已经广泛应用于手机等无线终端产品制造线，其测试功能和测试时间是当前无线芯片生产商在选择测试仪表和进行产品线搭建的关键因素。本文介绍了手机无线芯片校准和测试的主要项目和原理，并介绍了基于R&S公司仪表开发的多无线芯片的自动化校准测试系统,以及它在满足测试功能的情况下带来的测试时间上面的改进。

关键词：无线芯片；自动化校准验证系统；射频；GSM WCDMA LTE

 

Automatic wireless RF testing system for multi chipset
Huang Jingming，Shanghai Jiao Tong University
Abstract: The automatic wireless radio frequency is widely apply to production line in wireless products factories，and testing function and testing time is the mainly facts while factories select instrument and build the production line. This paper introduce
the main calibration and verification items base on mobile phone  chipset，then descript the multi wireless chipset automation testing system and its improvement on the testing time.

Key Words: wireless chipset; automatic calibration verification; Radio Frequency; GSM WCDMA LTE

 

0 引言 

随着移动通信技术日新月异的快速发展和各种无线产品的普及，手机等无线终端渐渐成为人们生活中的必不可少的一部分，而且随着使用人群的扩大和更新换代的加速，无线芯片的生产规模也不断加大，而且手机等无线终端产品上面无线芯片覆盖的技术越来越多，例如 GSM、WCDMA、LTE、WLAN、BT、GPS等无线技术，而这些功能在生产的时候都需要进行射频等测试。传统的应用于蜂窝通信测试的仪表，如安捷伦公司的8960，罗德施瓦茨公司的CMU200等，往往只支持2G/3G、蓝牙等技术的测试功能，而无法支持LTE、WiFi等新兴技术的测试功能，因此生产线上的测试设备面临更新换代的需求。如果按照传统的测试方法，随着测试功能的增加，不但测试仪表会不断增加，而且测试时间也会成倍的增加，这样使得无线终端生产商的成本不断增加。因此，快捷的测试速度与全面的测试功能，便成为无线产品生产商在选择无线测试仪表时所需要考虑的问题。为了适应这种需求，部分仪表商开始推出测试功能全面，又能够支持多部无线终端同时测试的设备，如罗德与施瓦茨公司的CMW+CMWS，Anristu公司的8870等。这样的设备既能够满足持续演进的无线技术的测试需求，又能够在测试时间上面得以改进，提高生产效率，从而降低测试成本。本文中提及的多芯片并行测试系统是将罗德与施瓦茨公司的CMW+CMWS仪表进行了开发，它既具备生产所需要的校准验证功能，又具备良好的平台适应性，还在测试流程上面进行了改进，充分利用仪表，给无线终端生产商带来经济效益。

1. 无线终端射频测试项目 

在无线终端生产时，终端的无线芯片的射频校准和验证是其中最重要的环节之一。由于每个手机经过贴片之后存在一些细微差异，如果不进行射频校准和验证，则无法保证生产的无线产品能够满足质量要求。无线通信芯片进行射频校准和验证中的一些具体项目和原理如下所述：

1.1 射频校准

射频校准主要是对无线通信的射频模块各项性能进行调整，以确保该模块在后续的射频验证环节能够通过测试，在进入市场后能够在客户端进行正常通信，满足客户需要。无线终端射频校准一般包括功率校准、频率校准、接收强度校准、极化调制校准等方面。

1.2 射频验证

射频验证则是对无线通信芯片的各项射频性能进行验证，以满足国际组织对不同技术制定的一系列物理层的规范要求。在无线通信产品的大规模生产测试中，通常不可能对测量规范中的所有要求项目都进行严格的测试，而将一些与协议相关的项目和产品特性的严格的测试项目在研发阶段进行确保，故而在生产测试中通常将重点集中在对终端发射机和接收的硬件测试上，测试与产品质量相关的关键射频性能，一般分为发射机性能和接收机性能。

 

2 测试设备选择和搭建

CMW是罗德与施瓦茨公司推出的一台功能强大的宽带无线综测仪，它具备GSM、WCDMA、CDMA、EVDO、TD-SCDMA、LTE、WIFI、Bluetooth、GPS、WiMax、CMMB等无线标准的测试功能。CMW集成的通用信号产生和分析功能能够满足无线芯片的发射机和接收机校准，它所提供的测量功能支持多种无线技术的验证，而且它所支持的List Mode功能能够大大减少校准和综测的时间，减少产线测试成本。当前主流的芯片公司（如高通、MTK、Intel、Broadcom、Marvell、展讯、联芯等）的测试平台已经支持了CMW的自动化校准和验证功能。

 
 
图1 CMW和CMWS测试环境搭建和应用
CMWS是罗德与施瓦茨公司推出一款配合CMW使用的射频矩阵开关系统，它具备三行、24个射频端口。如图1所示，CMW能够提供两个通道，每个通道都有单独的信号分析和信号产生模块，经过和CMWS连接之后，信号分析和信号产生模块能够分成8路，这样每个通道可以最多连接8个单天线的手机进行测试，双通道最能够支持多达16部手机的串并行测试，这样可以充分使用仪表，提升测试效率，减少测试时间，从而节约测试成本。

 

3． 测试系统开发及应用

由于“多无线通信终端并行自动化射频测试系统”在同一时刻测试的最大被测件达到16个，出现问题的几率大幅增加，为了保证测试软件的运行的稳定性，在进行自动化软件设计的时候要充分考虑到各方面的风险，以具备良好的容错性和健壮性，防止各种可预见的问题和未知的错误。

在传统方式下，一部待测件在测试的时候会经历测试夹具装载、加电、启动、测试、卸载等几个步骤，其中待测件的测试前准备和测试后卸载时间为30s左右，而测试时间为71.2s，这样总耗时为101.2s。如果使用多无线通信终端并行自动化射频测试系统，我们可以将待测件的连接如图1所示，处于蓝色虚线框中的八个端口所连接的手机进行测试的时候，绿色虚线框中的八部手机处于测试夹具装载、手机上电、手机启动等预备测试动作。等蓝色虚线框中的八部手机完成测试，绿色虚线框中的八部手机即可进入测试，而蓝色虚线框中的八部手机则进行测试夹具卸载，并加载的手机进行测试前的预备工作，如此反复，这样达到无缝测试的目的，最大限度的利用仪表。按照这种方式，测试8部手机的时间可以缩短为199.1s，而按照传统测试，测试8部手机的时间为101.2s*8
=809.6s，故测试效率提升为原来的809.6s/199.1s≈4倍，如表1列出了传统串行方式和多无线通信终端并行射频测试时间对比。

表1 传统串行方式和多无线通信终端并行射频测试时间对比

测试项目	单芯片测试(一部) 测试时间(秒)	多芯片并行测试(八部) 测试时间(秒)
GSM	校准	28.5	64.3
验证	16.4	49.5
WCDMA	校准	10.5	40.8
验证	15.8	44.5
总测试时间		71.2	199.1

4． 结论 

测试时间是影响无线产品生产成本的一个重要因素，多无线芯片并行自动测试系统相对于传统单无线芯片自动化测试系统而言可以大幅减少测试时间和人员操作时间，向无线产品生产商提供了一种新型的测试模式，它的推广和应用能够缩减产品的测试成本，能够有效提高产品的竞争力。

 

【参考文献】 

[1] 3GPP TS 36 121-1: "User Equipment (UE) conformance specification".

[2] 3GPP TS 36.521-3: "3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);User Equipment (UE) conformance specification;Radio transmission and reception;Part 3: Radio
Resource Management (RRM) conformance testing (Release 9)".

[3] 罗德与施瓦茨公司．R&S®CMWS: increased efficiency in wireless device production．www.rohde-schwarz.com