3G手機的DigRF測試解決方案

DigRF準備替換RF與基帶半導體器件之間的兩種主要形式的數(shù)據(jù)通信路徑：模擬信令，以及針對具體設計的私有數(shù)字信令（并行或串行）。MIPI（移動業(yè)處理器接口）聯(lián)盟正在致力于采用DigRF（數(shù)字射頻）標準，用一種基于分組的公共數(shù)字串行接口代替各種類型的I/Q（同相位/正交相位）信令接口。一個MIPI聯(lián)盟工作小組已開發(fā)了用于2.5G和3G手機標準的DigRF規(guī)范，預計其后版本會增加支持4G標準的數(shù)據(jù)流量。

使用DigRF這種標準接口可以使設計者在元件選擇時有更多的靈活性。例如，一名設計者可能準備從某家供應商采購一種高價的基帶IC（可能是手機中最貴的芯片之一），而從其它供應商處購買RF、電源管理和其它器件。然而，DigRF技術在促成通用產(chǎn)品的極端靈活性時也帶來了挑戰(zhàn)，會影響到你的測試策略。

在RF接收測試期間，測試工程師的主要目標還與DigRF以前相同，即捕獲I/Q信息，對獲得的數(shù)據(jù)集執(zhí)行定制的數(shù)字信號處理算法，并記錄參數(shù)化結果，以確定設備是否合格。但與前代RFIC相比較，DigRF器件可能給生產(chǎn)測試增加大量開銷。尋找盡可能減少這種開銷的方式，就成為工程師在設計自動化生產(chǎn)測試系統(tǒng)時所面臨的主要挑戰(zhàn)。

理解接口

DigRF 3G定義了實現(xiàn)接口所需要的最小信號數(shù)；一個基本的手機配置只需要6根線（圖1）。RxData/TxData信號在一個分組協(xié)議中傳送I/Q數(shù)據(jù)以及控制與狀態(tài)消息的數(shù)字表示。

圖1. 基本的DigRF手機配置只需要6根線。

以DigRF信號傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被封裝在協(xié)議包或稱幀內(nèi)。每個幀都包括三部分：同步（sync），頭（header），與有效載荷（payload）（圖2）。每個包的開始都有相同的16 bit同步序列，數(shù)字接收電路用它對每個幀做實時選通相位的對準。

接下來的8個位是頭，它定義有效載荷的作用與內(nèi)容。頭本身由三部分構成：3位表示有效載荷的大小，4位描述LCT（邏輯信道類型），1位表示CTS（清除發(fā)送）信號。

圖 2. DigRF 3G數(shù)據(jù)幀開始于一個16 bit同步序列，后面是一個8 bit頭和I、Q數(shù)據(jù)。

不同數(shù)據(jù)包的有效載荷部分有大小變化，從而產(chǎn)生不同級別的編碼開銷。LCT定義了有效載荷中包含的內(nèi)容，以及可分類為控制數(shù)據(jù)或I/Q數(shù)據(jù)的內(nèi)容。CTS允許在RF發(fā)射期間，由RF設備控制來自基帶的數(shù)據(jù)流。

幀中余下的N位就包含了要傳輸?shù)膶嶋H數(shù)據(jù)。例如，在DigRF 3G的非分集模式下，RxData幀將使用數(shù)據(jù)信道C和256 bit有效載荷，包含8 bit的交替I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)。

DigRF 3G支持數(shù)字傳輸下的三種時序模式，具體取決于被傳輸RF信息的類型（表1）。DigRF標準還支持三種公共的輸入基準時鐘頻率（19.0 MHz、26.0 MHz和38.4 MHz）；時鐘通過SysClk信號送至基帶。與速度模式無關，DigRF處理器會用一個本地的FIFO緩沖管理數(shù)據(jù)流，當傳輸幀時會產(chǎn)生一個無法預測的時序。

生產(chǎn)測試的挑戰(zhàn)

對采用DigRF協(xié)議器件作成功測試的關鍵是要找到一種方式，能在RF接收測試期間管控RxData包的不確定性狀態(tài)。在對DigRF產(chǎn)品作RF接收測試期間，能觀察到RxData信號合成狀態(tài)的多級不確定性：

·相位時序；
·幀時序；
·幀類型；
·有效載荷中的數(shù)據(jù)。

312 Mbps的數(shù)據(jù)速率來自于一個1248 MHz主時鐘（一般由PLL生成）的1/4分頻器。在生產(chǎn)性測試系統(tǒng)中，考慮到影響RF前端的相位噪聲性能的重要性，器件的時鐘輸入應由RF儀器提供。與普通數(shù)字子系統(tǒng)相比較，這個時鐘源的起始相位通常是不可控的。DUT（待測設備）的輸入時鐘相位未定，PLL倍頻器/分頻器產(chǎn)生的相位也不確定，兩者結合導致RxData輸出時序無法預測，包括器件各上電循環(huán)之間，以及多地點并行測試配置中的不同器件之間的輸出時序。

一種生產(chǎn)型測試儀應有這種能力，即在各次測試間對測試儀硬件和DUT作必要修改時，仍保持數(shù)字子系統(tǒng)的運行。它使測試儀能夠維持相對于DUT輸出的選通時序，避免在正式運行中的選通相位重調，節(jié)省了測試時間。

下一個重要的測試挑戰(zhàn)是尋找一個能處理多級不確定性數(shù)據(jù)包傳輸性能的方式。如圖3所示，在DUT的每個RF接收測試期間，測試儀都不知道每個包會在哪個測試循環(huán)中傳輸，包的類型會是什么，或者包的類型是否符合預期（例如，RFIC會生成一個主動的控制狀態(tài)消息）。

圖 3. 由于數(shù)據(jù)包的不確定性，在一款器件的每次RF接收測試期間，測試儀不知道每個包會在哪個測試循環(huán)中傳輸，包的類型是什么，或者包的類型是否符合預期。

馬上能看出，測試程序不能在數(shù)字測試模式中采用固定循環(huán)周期的選通隔離所需I/Q數(shù)據(jù)。同樣，對同步或頭的數(shù)字匹配回路不能以DigRF速度，足夠快地通過ATE儀器的流水線，儀器也不能完成對頭信息的實時識別和決策。

ATE策略的比較

傳統(tǒng)生產(chǎn)測試系統(tǒng)有靜態(tài)的選通時序以及簡單的比較功能（例如H、L、X、M、V、存儲），因此它們自身并不具備強大的校準能力，以應對DigRF器件需要的非確定性。不過，這類測試儀中的數(shù)字儀器有所需要的數(shù)字捕捉能力，一般用于ADC（模數(shù)轉換器）輸出數(shù)據(jù)或DUT寄存器讀取操作。因此，你可以保留在這臺儀器上的投資，并且采用一種批量捕捉和后處理技術（block-capture-and-post-processing）應對DigRF的RF接收測試挑戰(zhàn)。

對于RF接收測試，一般CW（連續(xù)波）測試需要1kB至4kB的I/Q采樣，而日益普遍的采用調制波形的系統(tǒng)級測試則使用16 kB至32 kB的I/Q采樣。注意轉換為實際的串行位：

1k I/Q = 1024 ? [8 bits (I) + 8 bits (Q)] ? 協(xié)議_開銷 = 串行位數(shù)

為了解決實時情況下的非確定性行為，測試儀必須提供專為DigRF 3G DUT與數(shù)字捕捉之間編碼的數(shù)字邏輯。其目標是在數(shù)據(jù)到達測試儀的DSP（數(shù)字信號處理器）前，減輕捕捉時所出現(xiàn)的所有時序與數(shù)據(jù)不確定性問題。

一種測試選擇是在DIB（器件接口板）上設計一個FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）電路。這種方法可以用一片廉價器件提供定制邏輯，但也有三個麻煩：

·接口以及為電路提供支持信號將會非常復雜；
·在隔離與屏蔽能力有限情況下，在與這些敏感RF信號如此近的地方增加一個數(shù)字噪聲發(fā)生器，存在著更多的風險；
·為每個器件負載板增加元件會使成本上升，延長測試開發(fā)時間。

作為另一種選擇，可以采用一臺提供嵌入實時功能的數(shù)字測試儀器，它可以在降低成本的同時簡化DIB復雜性。這種方案的缺點是缺乏測試工程師所需要的靈活性，因為他們要測試一組通信協(xié)議。只針對DigRF的解決方案是不實用的。

采用這種選擇時，當測試程序知道有RF接收數(shù)據(jù)時，就能在RxData總線上捕捉到大塊數(shù)據(jù)；這個塊必須放大到能可靠地捕捉足夠的數(shù)據(jù)包，從而有足夠數(shù)量的I/Q采樣用于后處理算法。數(shù)據(jù)從數(shù)字儀器的捕捉內(nèi)存送至DSP引擎，在那里由一個預處理算法執(zhí)行一個三步處理：

·找到每個包的起始索引；
·分析每個包的頭；
·順序地對有效載荷中的I/Q采樣進行去交錯操作，并保存在新的獨立數(shù)組中。

一旦數(shù)據(jù)完成預處理，就可以對所需的I/Q數(shù)據(jù)集執(zhí)行用戶定制的處理算法，或將數(shù)據(jù)集輸出到其它ATE軟件工具，測試EVM（誤差矢量幅度）等特性。

這一方法的成功與否取決定于數(shù)據(jù)移動時間，以及所需處理步驟的效率。盡量減少總測試時間的關鍵是避免與主控PC的不必要交互，因為這種交互要求測試程序暫停DUT測試的執(zhí)行。如果測試儀具有邊做模式捕捉邊移動數(shù)據(jù)的能力，則向DSP傳輸數(shù)據(jù)的整個時間都被隱蔽在后臺，測試時間是零損失。

如果測試儀沒有此項功能，則測試工程師就必須尋找能減少移動數(shù)據(jù)量的方法。一個選擇是只捕捉失效數(shù)據(jù)，但這會在DSP中增加一個重構原始數(shù)據(jù)的新處理步驟；單單這個不必要的步驟就會增加數(shù)毫秒的關鍵測試時間。

一個完整的DigRF解決方案需要完全在后臺執(zhí)行預處理算法和I/Q處理。因此，第三種選擇就需要測試儀架構能支持執(zhí)行數(shù)字信號處理算法的專用處理器，一旦DUT信號捕捉完成，測試程序就能立即開始下一個測試的設置。另外，多址測試也需要這種后臺處理的并行式高效率。

圖4表示這三種選擇對測試時間的可能影響。對第一種選擇，缺乏后臺處理而產(chǎn)生了一個串行的測試流，有最長的測試時間。第三種情況下，采用了實時處理，似乎最為理想，因為它用全后臺處理，以最高效的方式解決了測試挑戰(zhàn)。

圖 4. 這里顯示的三種測試選擇的測試時間開銷：(a) 串行執(zhí)行流，(b) 批量捕捉與后處理方案，(c) 實時處理。

不過，批量捕捉和后處理方案也可以有低的測試時間開銷，只要數(shù)據(jù)轉移是在后臺完成，并且高效地處理，沒有被浪費的步驟，并有獨立的多址并行處理器。有了適當?shù)南到y(tǒng)能力，八址程序的預處理器時間可以低至數(shù)毫秒，足以隱藏在一個典型RF測試時間中。