有关TD-SCDMA多模终端生产测试探讨

maomaoai77

终端生产测试可使用信令模式(综测仪)和非信令模式(信号源、信号分析仪)两种方案。综测仪更符合规范的信令一致性；而信号源、信号分析仪具有更大的灵活性，更快的速度和更好的精度。TD-SCDMA终端测试必须包括对GSM模式的支持，同时，为提高终端产品的竞争力，厂商生产的TD-SCDMA终端还可能包括GPS、蓝牙、WiFi(802.11b/g)、DVB等模式。目前市场上还没有能同时支持这些模式的综测仪，因而，信号源、信号分析仪在对多模式的支持方面凸显出优势。对于这种模式缺乏信令支持的弱点，可以通过芯片厂商提供的物理层(L1)信令模拟软件进行弥补。随着芯片厂商对物理层(L1)信令模拟软件的逐步开放，非信令模式方案越来越受到终端生产厂商的重视，这代表着未来终端测试的新方向。完整的终端生产测试包括射频收发信机校准、射频收发信机测试、终端音频测试、电源测试四个方面。
　　本文探讨的是基于信号源、信号分析仪、音频分析仪和通信电源的生产测试方案。对于多模终端的测试，该方案具有全面、快速、精确和灵活的特点。对于TD-SCDMA终端生产商而言，该方案可以打破仪器仪表厂商的技术垄断，选择更具有性价比竞争力的生产测试仪表。此外，该方案对于传统2G和其它3G终端生产商具有同样的参考意义。
方案简介
　　该方案仪器组成包括：射频矢量信号源、射频矢量信号分析仪、音频分析仪和通信电源，此外还包括射频收发耦合器和开关阵列等设备，它们可以对终端进行射频收发信机校准、射频收发信机测试、终端音频测试、电源测试四个方面的一站式整体测试。该方案可独立于模式的限制，提供TD-SCDMA、GSM、蓝牙、WiFi(802.11b/g)、DVB、GPS等模式的一站式测试。图1是使用Keithley 2910矢量信号源、2810矢量信号分析仪、2306双通道电源和2015音频分析仪搭建的测试案例。传统的综测仪测试速度受限于空中信令，对于生产厂商而言意味着测试成本的提高。作为无线通信的空中信令，实际上是属于手机软件的问题，笔者认为并不需要在生产测试阶段进行严格验证，而应该将重点集中在影响手机性能的硬件特性上。作为对信令部分的替代，该方案需要芯片厂商提供物理层(L1)控制命令集，并通过计算机接口对被测件进行控制。
　　选用高速信号源和分析仪，可以突破仪器速度的瓶颈，使方案的测试速度几乎只是取决于被测件的响应速度，在生产线上可实现最大的测试吞吐量，为厂商提高测试效率，降低测试成本。
　　目前中高端信号源和分析仪精度指标高于综测仪一个档次，因而可实现高精度的测试，增加测试的可靠性，降低误测率，从而提高测试效率，降低测试成本。
　　分立的测试仪器可以根据客户的具体需要灵活配置，实现产线测试的灵活搭配，能有效解决生产线测试站之间的“瓶颈效应”问题和重配置问题。
　　下面的部分，将针对终端生产测试的四个方面分别提供具体的测试建议，以供TD-SCDMA终端生产厂商参考。
　

TD-SCDMA 终端测试一站式解决方案案例。
射频收发信机的校准
　　终端射频性能的优劣直接取决于射频收发信机的校准，这是生产测试中最重要的环节。
　　终端收发信机的校准包括对AGC(自动增益控制)电压、AFC(自动频率控制)电压和APC(自动功率控制)电压三个核心参数的校准；校准的过程包括对应测试、校验值计算(校验值调整)和校准后数值写入三个步骤。
1． AGC校准
　　射频收信机接收的信号具有很大的功率范围，通过对AGC电压的调整，可以使采样前的基带信号幅度维持在一个恒定的范围。AGC电压的校准就是对控制电压和接收信号功率的对应关系进行测量，并将这种对应关系写入到存贮介质，如E2 ROM。实际应用中，AGC的控制电压可能包括1～3级，分别表示为AGC1、AGC2、AGC3，同时，AGC的校准可能还包括对低噪声放大器(LNA)开关的操作。
　　AGC的校准需要的测试仪器是射频信号源，该信号源能为被测终端提供较大功率范围的连续波(CW)或特定调制信号。
　　TD-SCDMA模式AGC校准操作步骤：
1） 通过物理层信控制命令使手机进入TD-SCDMA测试模式，打开TD-SCDMA接收机通道；
2） 根据AGC算法要求，通过信号源列表模式依次发射一组频率和功率组合的下行TD-SCDMA RMC12.2k调制信号；
3） 配合步骤2，通过芯片厂商提供的AGC参数读取指令读取AGC参数；
4） 计算调整AGC参数，通过芯片厂商提供的AGC参数写入指令将调整后的AGC参数值写回E2 ROM。
　　其它模式，如GSM，AGC校准的步骤与TD-SCDMA类似，所不同的是要求终端芯片厂商提供其它模式的物理层(L1)信令模拟软件和控制接口(并口、串口或USB口)。
2． AFC校准
　　AFC校准是调整振荡器的参考频率，使手机发射出的信号具有正确的载波频率。校准的方法是设置手机在一系列特定的频率上发射信号，使用信号分析仪测试该信号的频率误差，然后计算AFC的补偿电压，并将调整后的AFC电压写入E2 ROM。
　　TD-SCDMA模式AFC校准操作步骤：
1） 通过物理层控制命令使终端进入TD-SCDMA测试模式，打开TD-SCDMA发射机通道；
2） 通过物理层信令模拟指令设定手机发射信号的频率和功率；
3） 配合步骤2，使用2810信号分析仪的TD-SCDMA解调分析选件测量终端发射信号的频率误差；
4） 根据测量值计算调整AFC参数，通过芯片厂商提供的AFC参数写入指令将调整后的AFC参数值写回E2 ROM。
　　其它模式，如GSM，AFC校准的步骤与TD-SCDMA类似，分析仪需具备这些模式信号频率误差的分析功能。
3． APC校准
　　终端发射机发射的射频信号功率值具有一定的控制范围(功率等级)，APC电压的调整是实现不同发射功率的方法。对APC控制电压的校准，就是对控制电压和发射功率的对应关系进行测量，并把这种对应关系写入到存贮介质。APC校准所需要的测试仪器是信号分析仪，该仪器对终端发射的射频信号进行瞬时功率测试，被测信号可以是连续波信号也可以是特定调制的信号。实际的APC电路可能包括多级APC参数。
　　TD-SCDMA模式APC校准操作步骤：
1） 通过物理层控制命令使终端进入TD-SCDMA测试模式，打开TD-SCDMA发射机通道；
2） 通过物理层信令模拟指令设定手机发射信号的频率和功率；
3） 配合步骤2，使用信号分析仪对信号的功率进行测试；
4） 重复2)和 3)，直到所有要求的频率、功率点测试完毕；
5） 根据测量值计算调整APC参数，通过芯片厂商提供的APC参数写入指令将调整后的APC参数值写回E2 ROM。
　　其它模式，如GSM，APC校准的步骤与TD-SCDMA类似，所不同的是要求终端芯片厂商提供其它模式的L1信令模拟软件和控制接口。
射频收发信机的测试
　　射频收发信机的测试是检验经过校准后的终端基本功能和射频性能的环节。一般来说，终端射频收发信机的测试遵从相应的通信标准规范，规范对测试原理、测试方法和测试要求提出了明确的规定。规范所建议的测试方法需要使用理想的基站仿真器，这在实际应用中非常苛刻，无论是综测仪还是信号源、分析仪都不能被称作理想的基站仿真器。
　　信号源、信号分析仪充当基站仿真器，具有更大的灵活性，更快的速度和更好的精度，更适合大规模的量产。针对信号源、信号分析仪信令弱点，可以利用芯片提供商的物理层L1控制命令和控制接口来进行弥补。因而，这种方案是未来发展的方向。
　　TD-SCDMA终端收发信机测试参考的标准为3GPP TS25.122，对于大规模的生产测试，不可能(也不实际)测量规范中的所有要求项目，往往只要求测试与产品质量相关的关键项目。对协议的进一步分析我们可以看出，协议测试项目包含了对终端信令软件和终端收发信机硬件性能的测试。我们可以不完全遵照协议规定的测试流程，将测试项目集中在对终端收发信机硬件性能的测试上。
　　生产测试中建议发射机的测试项目有：UE最大输出功率、UE频率稳定度、闭环功率控制、最小输出功率、发射关闭功率、发射开/关时间模板、占用带宽、频谱发射模板、邻近信道泄漏比(ACLR)、杂散发射、误差矢量幅度。
　　这里规定了发射机功率、频率、动态功率、频谱和调制五个方面的指标，我们可以将这些测试项目进行合并，具体建议测试方法如下：
a) 通过物理层控制命令使终端进入TD-SCDMA 12.2k RMC环回测试模式；
b) 设定频点，并将终端发射功率设为最大；
c) 使用信号分析仪测试最大输出功率、开/关时间模板、发射关闭功率、占用带宽、频谱发射模板、杂散发射、邻近信道泄漏比(ACLR)、频率误差、误差矢量幅度等参数，所选信号分析仪需具备这些参数的分析功能能；
d) 改变频点，重复c)，直到标准要求的三个频点(高、中、低)测试完成；
e) 设定频点，并按闭环功率控制要求的功率/时间关系(A~G段)设置发射功率，使用信号分析仪完成动态功率测试；
f) 设置功率到最小，完成最小发射功率的测试
g) 改变频点，重复e)，直到要求的频点测试完成
　　生产测试中建议接收机的测试项目有：参考接收灵敏度和最大输入电平，实际上就是接收误码率测试。
　　根据3GPP 34.122标准要求的测试方法，我们可以按照如下步骤进行测试：
a) 通过物理层控制命令使终端进入TD-SCDMA 12.2k RMC环回测试模式；
b) 通过信号源产生BER测试所要求的信号，所选信号源需具备足够长度的TD-SCDMA波形产生功能，根据参考接收灵敏度和最大输入电平所要求的功率电平设置信号功率；
c) 终端解调所接收的信号，并将解调比特通过控制接口(并口、串口或USB口)传回计算机，利用芯片厂商提供的PN9 BER计算公式计算BER。将BER与标准要求进行比对。
　　对于GSM等其它模式，我们可以利用类似的方法根据标准制定测试项目。
终端音频测试
　　语音通信是终端的主要功能，也是用户评价终端性能的一个重要方面。因此，对终端进行严格的音频测试是终端生产测试的一个重要方面。
　　如今的手机终端集成了更多的多媒体功能，为区别于传统意义上的手机，其音频能力也必须提高或改进。虽然语音呼叫可依然使用单声道且保真度相对较低，但音乐和视频功能却需要使用更高的采样速率来实现高质量的立体声再现。
　　因此，建议将终端的音频测试分为两个方面：语音通信音频测试和多媒体功能音频测试。使用的仪表为Keithley 2015音频分析仪。
1. 语音通信音频测试
　　针对TD-SCDMA终端(包括GSM模式和TD-SCDMA模式)，我们需要参考的标准为 3GPP TS 51.010、TS26.131和TS26.132。以下是标准中规定的音频测试项目。
　　实际生产中，一般将以上测试项目简化为语音通信过程中，对语音响应电平、频率响应特性、失真和噪声的测量。
测试方法：
a) 把手机安装到测试架上，把人工耳和手机的耳机孔密闭安装；
b) 通过物理层信令模拟指令使终端进入语音环回模式；
c) 音频分析仪连接人工嘴，在参考点发送额定声压值的纯单音，根据标准变化频率；
d) 音频分析仪连接人工耳，测试仿真耳的输出电平、频率响应特性、失真和噪声。
2. 多媒体功能音频测试
　　对新的音频产品(如MP3和MD等)，对CODEC编码/解码器有特别的测试要求，需同一时间输入多音测试信号(如需从22Hz-20kHz频率范围内，按照1/3OCTAVE的分布产生31个多音信号，在同一时间输出)，从而对CODEC作出响应测试。
　　借助于专业音频分析仪和专业音频分析软件，可以完成这样的测试。
电源测试
　　终端的电池校准、耗电特性和充电特性通过供电电源来检验。双通道电源设备可对终端进行专业电源测试。这种测试方法在传统生产线上被广泛采用，这里不再具体讨论。