射頻及無線芯片測試基礎知識解析

　　本文將介紹射頻/無線芯片的測試。射頻/無線系統會同時包含一個發射器和接收器分別用于發送和接收信號。我們先介紹發射器的基本測試，接下來再介紹接收器的基本測試。

　　發射器測試基礎

　　如圖1所示，數字通信系統發射器由以下幾個部分構成：

　　· CODEC（編碼/解碼器）

　　· 符號編碼

　　· 基帶濾波器（FIR）

　　· IQ調制

　　· 上變頻器（Upconverter）

　　· 功率放大器

　　CODEC使用數字信號處理方法（DSP）來編碼聲音信號，以進行數據壓縮。它還完成其它一些功能，包括卷積編碼和交織編碼。卷積編碼復制每個輸入位，用這些冗余位來進行錯誤校驗并增加了編碼增益。交織編碼能讓碼位錯誤分布比較均勻，從而使得錯誤校驗的效率更高。

　　符號編碼把數據和信息轉化為I/Q信號，并把符號定義成某個特定的調制格式?；鶐V波和調制整形濾波器通過修整I/Q調制信號的陡峭邊沿來提高帶寬的使用效率。

　　IQ調制器使得I/Q信號相互正交（積分意義上），因此它們之間不會相互干擾。IQ調制器的輸出為是IQ信號的組合，就是一個單一的中頻信號。該中頻信號經過上變頻器轉換為射頻信號后，再通過放大后進行發射。

　　圖1、通用數字通信系統發射器的簡單模塊圖

　　先進的數字信號處理和專用應用芯片技術提高了數字系統的集成度?，F在一塊單一的芯片就集成了從ADC轉換到中頻調制輸出的大部分功能。因此，模塊級和芯片級的射頻測試點會減少很多，發射器系統級和天線端的測試和故障分析就變得更加重要。

　　發射器的主要測試內容

　　信道內測試

　　信道內測試采用時分復用或者碼分復用的方法來測試無線數字電路。復用指的是頻率或者空間上的復用等。在時分多址（TDMA）技術中，一個信道可以定義為在一系列重復出現的幀里面特定的頻段和時隙，而在碼分多址（CDMA）技術中，信道定義為特定的碼段和頻段。信道內和信道外這兩個術語指的是我們所感興趣的頻段（頻率信道），而不是指頻率帶寬內信道的時隙或者碼段。

　　發射器信道帶寬是最先進行的測試，它決定了發射器發射信號的頻譜特性。通過頻譜的形狀和特性可以發現設計上的許多錯誤，并能大概推算出系統符號速率的錯誤率。

　　載波頻率測試用于測試可能引起相鄰頻段信道干擾或影響接收器載波恢復的頻率誤差。在大多數調制方式中，載波頻率應處于頻譜的中心?？梢酝ㄟ^計算3dB帶寬來判斷中心頻率。

　　信道功率測試用于測試有用信號在頻率帶寬內的平均能量。它通常定義為有用信號能量在信號頻率帶寬內的平均值，實際的測量方法隨著不同的標準會有所不同。無線系統必須保證每個環節消耗的能量最少，這樣的目的主要有兩個：一是可以減少系統的整體干擾，二是能延長便攜系統電池的使用壽命。因此，必須嚴格地控制輸出功率。在CDMA系統中，為了達到最大的容量，系統總的干擾容限也嚴格限制了每個單個移動單元的功率。精確發射功率控制對系統的容量，覆蓋范圍和信號質量至關重要。

　　占用帶寬跟信道功率密切相關，定義為給定總調制信號功率的百分比所覆蓋多少頻譜。

　　時間測試常用于TDMA系統中的突發信號測試。這些測試主要用來評估載波包絡是否能滿足預期的要求，它們包括了突發信號寬度，上升時間，下降時間、開啟時間、關閉時間、峰值功率、發射功率、關閉功率以及占空比等。時間測試可以保證相鄰頻率信道之間的干擾以及信號開啟或者關閉的時隙切換時的干擾最小。

　　調制品質的測試通常涉及到發射信號的精確解調并與理想的數學計算出來的發射信號或參考信號進行比較。實際的測量隨著不同的調制方式和不同的標準會有不同的方法。

　　誤差矢量幅度（EVM）是應用最廣泛的數字通信系統調制品質參數，它采樣發射器的輸出端的輸出信號，獲得實際信號的軌跡。通常把輸出信號解調后得到一個參考信號。矢量誤差是指某個時間理想的參考信號與實際所測的信號的差別，是一個包含幅度分量和相位分量的復數。通常，EVM會采用最大的符號幅度分量或者平均符號功率的平方根。

　　I/Q偏置（固有偏置origin offsets）是由I/Q信號的直流偏置引起的，可能會導致載波反饋。

　　相位和頻率誤差測試用于等幅調制方式。通過采樣發射器的輸出信號并捕獲實際的相位軌跡，解調后得到一個理想的參考相位軌跡。相位誤差是通過比較實際信號和理想參考信號而得到的，并以有效值和峰值的形式表示。大的相位誤差說明發射器基帶或者輸出放大器有問題，導致信號靈敏度的下降。頻率誤差是指載波頻率的誤差。一個穩定的小頻率誤差說明正在使用的載波可能有些問題。不穩定的頻率誤差可能是由以下這些原因引起的：本地振蕩器的不穩定，使用了不適當的濾波器，放大器的幅度調制相位調制轉換有問題，或是所使用發射器模擬頻率調制器的調制指數有問題。

　　信道外測試

　　信道外測試是指對那些在系統頻率以外頻段的測量。

　　信道外測試是對系統頻段內的失真或者干擾進行采樣，而不是對傳輸頻率本身進行測試。

　　相鄰信道功率比（ACPR）測試保證發送器不受相鄰或者間隔通道的干擾。ACPR就是相鄰信道平均功率與發射信道平均功率的比值。通常是在間隔多個信道的信道之間進行測量（與相鄰信道或間隔信道之間）。當進行ACPR測試的時候，要考慮到發射信號的統計特性非常重要，因為即使對于同一發射器來說，不同的信號統計會導致不同的ACPR測試結果。對于不同的標準，該測試通常會具有不同的名字和定義。

　　雜波信號是由發射器內不同的信號組合而引起的。在系統頻帶內這種信號的幅度必須要小于標準所規定的水平，以保證它對其它通信系統的干擾最小。

　　諧波是由發送器的非線性而引起的信號失真，這些信號的頻率都是載波頻率的整數倍。信道外雜波和諧波的測試用于保證本信道對其它通信系統的干擾最小。

　　接收器基本測試

　　接收器的功能基本上是發送器的反向過程，因而它們帶來的測試挑戰也非常相似。接收器必須在有潛在干擾的條件下成功地捕獲RF信號，因此，必須有一個前端選擇濾波器來濾除或減弱由天線接受到的系統頻段以外的信號。低噪聲放大器（LNA）可以放大目標信號的幅度，但同時也會保證盡可能少地增加噪聲幅度，下變頻器通過與本振信號混頻把RF信號轉換為頻率較低的中頻信號?；祛l器的輸出信號再通過中頻濾波器削弱由混頻器或相鄰通道產生的無用的頻率分量。

　　數字接收器（圖2）可以用I/Q解調器或者采樣中頻IF來實現。I/Q解調是由模擬硬件來實現的，在數字射頻接收器的設計中比較常見。盡管這種方法很受歡迎，但它有一個潛在的問題：I/Q路徑上的增益會不太一致，而且相對的相位偏差也很大（大于90度），進而會導致圖像抑制的問題。因此，I/Q解調的方式主要用于單通道基站。

　　圖2、典型的數字通信接收器