ZigBee RF實(shí)體層測(cè)試挑戰(zhàn)

從開(kāi)發(fā)到完成成品的過(guò)程中，實(shí)體層的測(cè)試與量測(cè)在很多環(huán)節(jié)都很重要。也因此本文與ZigBee“食物鏈”中的許多廠商都有相關(guān)，不論最后的硬件實(shí)作究竟會(huì)采取何種方法來(lái)進(jìn)行。位居整個(gè)食物鏈之首，ZigBee晶片廠商已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)他們的新一代系統(tǒng)整合單晶片（SoC）解決方案。他們必須保證：
? 符合規(guī)格
? 藉由自動(dòng)化來(lái)有效分析他們的設(shè)備的特性
? 透過(guò)制程監(jiān)控來(lái)達(dá)到嚴(yán)格的容忍度
? 品質(zhì)
? 相互操作性
? 準(zhǔn)確的資料表資訊
? 為客戶提供適當(dāng)?shù)墓ぞ?BR>
晶片組大廠已經(jīng)開(kāi)始投入開(kāi)發(fā)他們自己的參考設(shè)計(jì)，他們必須準(zhǔn)確分析晶片組的特性，并定義資料表規(guī)格（datasheet specifications），以使設(shè)計(jì)能夠在產(chǎn)業(yè)中成功地復(fù)制。這是一個(gè)持續(xù)優(yōu)化品質(zhì)控制、采自動(dòng)化作業(yè)方式來(lái)加速研究、以及釋出RF實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的過(guò)程。廠商還必須為他們的客戶提供適當(dāng)?shù)墓ぞ?，包括測(cè)試與量測(cè)專業(yè)技術(shù)。

本文以安捷倫科技的N4010A單機(jī)測(cè)試器和89601A向量信號(hào)分析儀（VSA）等測(cè)試解決方案為例，廠商可以輕易地分享測(cè)試專業(yè)技術(shù)和自行開(kāi)發(fā)的測(cè)試碼，也可以用來(lái)處理Bluetooth和WLAN等其他的無(wú)線技術(shù)。測(cè)試挑戰(zhàn)
模組設(shè)計(jì)廠商扮演整合者的角色，他們有機(jī)會(huì)修改設(shè)計(jì)及生產(chǎn)RF模組。舉例來(lái)說(shuō)，他們可以拿掉向外取得許多元件的需要，來(lái)提升他們的解決方案的價(jià)值，即使是SoC解決方案也一樣。他們也能選擇提供先期認(rèn)證解決方案，并完成幾乎所有的RF測(cè)試。但顯然許多投入ZigBee技術(shù)的廠商都是第一次接觸RF，在照明設(shè)備、消費(fèi)者白色家電（white goods）及保全設(shè)施等領(lǐng)域?qū)嵶餍碌募夹g(shù)。當(dāng)成品的RF部分差不多完成時(shí)，必須進(jìn)行測(cè)試與量測(cè)以確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝能夠成功。舉例來(lái)說(shuō)，在取得模組、建立自訂設(shè)定檔（profile）和修改天線之后，便可將終端設(shè)備安裝到工業(yè)環(huán)境，然后開(kāi)始監(jiān)控干擾和功率位準(zhǔn)。

在以上所有的情況中，都必須使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，在最快的時(shí)間內(nèi)完成開(kāi)發(fā)，而此設(shè)備必須能夠自動(dòng)化，以便在整個(gè)生命周期中提供可追蹤的結(jié)果，同時(shí)還得具備彈性和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，以解決實(shí)驗(yàn)室廣泛使用的需求與營(yíng)運(yùn)上的壓力。以安捷倫的N4010A無(wú)線連接測(cè)試器解決方案為例，它是一臺(tái)單機(jī)測(cè)試器，可用來(lái)解決許多ZigBee開(kāi)發(fā)人員及處在此“食物鏈”不同環(huán)節(jié)的工作人員所面對(duì)的各種RF挑戰(zhàn)。不論采取何種方法來(lái)完成成品，在測(cè)試與量測(cè)的需要上都一樣重要。此外，在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，也值得考慮未來(lái)的測(cè)試需求，例如在選定的軟件環(huán)境中應(yīng)用自動(dòng)化測(cè)試方法。 Agilent ZigBee解決方案
89601A向量信號(hào)分析軟件是一個(gè)基于PC的套裝軟件，被設(shè)計(jì)用來(lái)量測(cè)大多數(shù)數(shù)字調(diào)變信號(hào)的RF和調(diào)變品質(zhì)。大量的解調(diào)器、濾波器、顯示圖和分析工具，使這個(gè)軟件很適合用來(lái)評(píng)估及除錯(cuò)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中的調(diào)變信號(hào)。就802.15.4 / ZigBee而言，這個(gè)軟件針對(duì)三個(gè)不同的頻帶提供了解調(diào)預(yù)設(shè)（presets）。
　

圖1：Agilent 89601A ZigBee 2.4 GHz解調(diào)畫面
　

ESA頻譜分析儀提供彈性的遮罩測(cè)試，而89601A也可以用來(lái)延伸它的能力。PSA系列頻譜分析儀亦提供彈性的遮罩測(cè)試，但透過(guò)彈性的解調(diào)選項(xiàng)（選項(xiàng)241），還可提供ZigBee信號(hào)的數(shù)字調(diào)變分析，包括EVM、偏移EVM、眼圖和星狀圖。在產(chǎn)生信號(hào)方面，ESG系列向量信號(hào)產(chǎn)生器針對(duì)IEEE 802.15.4 / ZigBee信號(hào)提供了即時(shí)產(chǎn)生任意波形的能力。

針對(duì)新興通信的研發(fā)、整合和驗(yàn)證及制造，Agilent提供N4010A無(wú)線連接測(cè)試器，它可為研發(fā)到生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)境提供可追蹤的量測(cè)。將N4010A搭配89601A向量信號(hào)分析儀軟件使用，可執(zhí)行一系列完整的ZigBee發(fā)射器測(cè)試，而N4010A內(nèi)部彈性的任意波形產(chǎn)生器，則可用來(lái)設(shè)定、排序及播放接收器測(cè)試所需的信號(hào)。ZigBee信號(hào)可透過(guò)以下幾種方式來(lái)產(chǎn)生或取得：使用Matlab之類的程式、從設(shè)備擷取實(shí)際的信號(hào)并下載到N4010A存儲(chǔ)器或搭配安捷倫的其他儀器來(lái)產(chǎn)生，還可提供依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)（traceability）。比方說(shuō)，以下是N4010A單機(jī)測(cè)試器搭配89601A VSA軟件與具備最高IFBW（10MHz）的PSA的量測(cè)結(jié)果比較表。
　

表1：N4010A無(wú)線連接測(cè)試器搭配89601A VSA軟件 vs. PSA的解調(diào)結(jié)果摘要表
　

在不使用平均法及考慮寬頻PSA量測(cè)信號(hào)旁帶的情況下，二者的結(jié)果有相當(dāng)高的一致性。

IEEE 802.15.4 / ZigBee發(fā)射器量測(cè)
89601A VSA軟件可讓測(cè)試工程師任意修改設(shè)定以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，例如研究問(wèn)題、改善設(shè)計(jì)、及瞭解發(fā)射器測(cè)試的測(cè)試參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，瞭解相關(guān)的量測(cè)參數(shù)，將有助于提升測(cè)試效率。既然瞭解使用設(shè)定和記錄的好處，下一個(gè)合理的步驟就是使用巨集功能，依據(jù)這些設(shè)定和記錄來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。89600全系列產(chǎn)品都使用VBScript作為巨集程式語(yǔ)言。VBScript是以Visual Basic程式語(yǔ)言子集為基礎(chǔ)的一種受歡迎的描述語(yǔ)言（scripting language）。89601A提供了記錄、儲(chǔ)存、執(zhí)行、叫出及編輯巨集所需的一切工具。編輯可以在程式中，或使用外部程式碼編輯器來(lái)執(zhí)行。

89600 VSA軟件環(huán)境中的這種自動(dòng)化操作，為試驗(yàn)不同的程序和例行程式（routines）提供了良好的基礎(chǔ)。它以視覺(jué)的方式，來(lái)說(shuō)明如何取得量測(cè)。舉例來(lái)說(shuō)，這很可能是測(cè)試工程師第一次將使設(shè)備自動(dòng)化（將設(shè)備設(shè)定在正確的發(fā)射狀態(tài)）的外部軟體與測(cè)試結(jié)果結(jié)合在一起，而且還可以根據(jù)初步的手動(dòng)測(cè)試和評(píng)估，來(lái)微調(diào)測(cè)試自動(dòng)化的過(guò)程。

在自動(dòng)化過(guò)程的下一個(gè)階段，必須開(kāi)發(fā)能夠在測(cè)試計(jì)畫范圍內(nèi)，將設(shè)備控制與測(cè)試特性分析更緊密整合在一起的軟件。89601A向量信號(hào)分析儀軟件為其元件物件模型（Component Object Model），提供了一個(gè)應(yīng)用程式介面（即COM API）。量測(cè)、計(jì)算和顯示物件，都可被用來(lái)控制量測(cè)設(shè)定、擷取結(jié)果及整合到測(cè)試計(jì)畫中。這些物件可供任何實(shí)作自動(dòng)化的應(yīng)用軟件、程式設(shè)計(jì)工具或語(yǔ)言所使用，包括Agilent VEE、LabVIEW、Visual Basic和Visual C++。

如果在開(kāi)發(fā)自訂軟件之前已經(jīng)有使用巨集，則許多程式碼都可被拿來(lái)運(yùn)用。在一些情況中，記錄巨集并直接利用結(jié)果，會(huì)比使用每個(gè)簡(jiǎn)單作業(yè)的COM API參考說(shuō)明來(lái)得快。此外，也可使用程式來(lái)執(zhí)行已在使用中的巨集，并利用現(xiàn)有的設(shè)定檔案。

如同之前的討論，在選定的軟件環(huán)境中開(kāi)發(fā)自訂測(cè)試的步驟并沒(méi)有太大的改變。比如下列的范例程式便是使用圖1的安捷倫圖形化程式語(yǔ)言Visual Engineering Environment（VEE）開(kāi)發(fā)而成的。這個(gè)程式會(huì)實(shí)作一項(xiàng)測(cè)試計(jì)畫，以完成一些重要的發(fā)射量測(cè)。
　

圖2：Agilent VEE ZigBee發(fā)射器自動(dòng)量測(cè)范例
　 IEEE 802.15.4 / ZigBee接收器量測(cè)
經(jīng)由控制N4010A任意波形產(chǎn)生器，可執(zhí)行ZigBee設(shè)備的接收器測(cè)試。以接收器的靈敏度為例，在這項(xiàng)測(cè)試中，N4010A內(nèi)建的任意波形產(chǎn)生器可用來(lái)將封包傳送到DUT，并且降低功率位準(zhǔn)直到達(dá)到錯(cuò)誤標(biāo)準(zhǔn)。以下圖表是使用Agilent VEE來(lái)控制設(shè)備和儀器，以執(zhí)行接收器靈敏度和鏈路品質(zhì)測(cè)試的結(jié)果。
　

圖3：Agilent VEE接收器量測(cè)范例