導入PXI模組化設計　向量訊號產生器提升測試效率

在測試過程中，收發器的校驗很重要，因為設計當今的通訊系統時，工程師須精確量測接收器輸入功率，並準確設定發送器的輸出功率。因此測試收發器工程師正在尋求可支援指定校驗水準的解決方案，此種測試方案不僅要達成向量訊號產生器(VSG)和待測裝置(DUT)之間的準確同步，還須具備更高的測試速率，進而降低製造成本。

在一個測試平台中，新型的PXI VSG方案可藉由PXI匯流排整合更多軟硬體功能，進而提供更高的速度、測試容量，以及快速的頻率和振幅切換、良好的訊號線性度和可重複性等重要功能。為支援所需的校驗水準，新型PXIe VSG也將提供靈活的頻率和時序同步功能。

本文主要闡述利用射頻(RF)訊號產生器進行收發器測試的主要問題，並說明新的PXI模組化VSG所提供的完整測試產能提升功能。

收發器測試面臨切換速度和同步挑戰

任何收發器測試會出現兩個主要的問題：完整度和同步化。完整度是指待測訊號之頻率和功率位準的完整涵蓋範圍，在此狀況下，如果VSG切換速度太慢，會在測試過程中造成瓶頸。

至於同步化，無論對時序和頻率量測都是極為重要的作業。在測試過程中，收發器和VSG之間的動作須精確同步，以確保正確互動，如欲順利發送和接收資料，VSG與收發器的頻率基準須維持同步，這並不容易達成。雖然有些收發器具有內建的13、26或52MHz頻率參考基準；然而，大多數測試設備只能與一個10MHz參考基準同步。

收發器校驗是測試過程中很重要的一環。通常，接收器校驗需在廣泛的頻率範圍和功率位準下，提供一個RF輸入，然後記錄每一步驟中接收器訊號強度指示器(RSSI)值。執行此校驗時，測試系統軟體可設定DUT和訊號產生器，以便一系列頻率/功率位準組合進行巢狀迴圈(Nested Loop)量測，然後讀回相關的RSSI位準。

隨著速度需求增加，新型PXI向量訊號產生器已可提供更快的切換時間，但用來控制DUT的軟體會耗費更多的時間，反而成為減緩測試流程的瓶頸。為克服這個問題，許多收發器製造商開發特殊的測試模式，讓DUT只接受單一指令，但卻導致它反覆對大量的頻率和振幅狀態進行量測，並記錄RSSI 位準；執行此方法時，RF訊號產生器須隨著DUT同步進行相對應的一組頻率和振幅狀態，很多訊號產生器常利用條列模式(List Mode)的功能完成此任務。

在條列模式或正常操作模式下對DUT進行測試，將對收發器和VSG之間的同步帶來不同的需求。在條列模式下進行測試時，設計人員須對DUT和VSG執行的動作進行同步；而在正常操作模式下，則須將VSG與DUT的頻率參考訊號同步。

利用條列模式，使用者可預先定義大量的頻率和振幅狀態，並且以指定的時序或隨著外部觸發訊號進行輸出。為滿足全方位的需求，條列模式必須提供大量測試點、快速的測試點切換、靈活的時序和同步，以及使用各種調變波形的能力。

條列模式區分統一觸發和逐點訊號交遞法

大多數條列模式採用兩種同步方式：統一觸發和逐點訊號交遞(Handshaking)。使用第一種方法時，單一觸發事件會啟動DUT和VSG的清單，而兩者的時序皆由觸發訊號啟動。在此模式下，清單中的每一步驟，都須隨起始觸發事件而精確地進行排程，如果點N的開始時間被排定在點N-1開始處，如此將逐漸累積時序上的微小誤差，最終將導致DUT和VSG之間不同步。

另一種方法是在VSG與DUT或訊號分析儀之間使用逐點訊號交遞法，如此一來，當VSG接收到輸入觸發訊號時，將調諧到一個特定點。當VSG輸出穩定停留在該數值，它會發送一個觸發訊號給DUT或分析儀，繼而在該點啟動量測。量測完畢後，DUT或分析儀將輸出一個觸發訊號，以指示VSG 前進到下一個點，訊號的往返交遞會一直重複，直到完成該清單。

假如無法精確地預先定義DUT或訊號分析儀的量測時間，那麼訊號交遞法是非常實用的方法。其優點是可以提供更快的測試速率，因為清單中幾乎或根本沒有必要列入保護時間(Guard Time)；但缺點是這種方法需在DUT、訊號分析儀和VSG之間接上兩組專用的觸發連接，一組輸入和一組輸出。

另一方面，完整的收發器，例如手機、微微型蜂巢式基地台(Picocell)或家用的毫微微型蜂巢式基地台(Femtocell)，通常是在操作模式下進行測試，透過收發器內的操作軟體，或修改為支援相關測試的特殊版本，來完成此作業。

操作模式首重時序同步設計

VSG的功用取決於待測裝置的類型，測試手機時，DUT可將VSG的時序和頻率進行同步，如此一來，不論頻率、振幅或波形有任何變化，VSG的波形時序皆維持恆定；如果VSG無法維持這種時序關係，DUT將與VSG重新同步，這可是項耗時的操作。

若是在操作模式下對Picocell或Femtocell基地台進行測試，其同步需求更具挑戰性，因為基地台是該系統的頻率和時序主機，在測試過程中，VSG必須對DUT中的頻率和時序參考訊號進行同步。

進行頻率同步時，通常要將VSG的參考輸入訊號鎖定在DUT內的振盪器，如前所述，這些收發器通常使用13、26或52MHz的內部頻率參考訊號；然而，大多數測試設備使用的是10MHz頻率基準訊號。為滿足此一需求，VSG須針對高於或低於10MHz的可選擇輸入頻率進行鎖定。

為讓時序同步，DUT通常會輸出一個對齊待測無線格式(例如WCDMA或LTE)之訊框邊界的觸發脈衝，而DUT要對該輸入訊號進行解調變，VSG也須對齊訊框觸發訊號，以便啟動調變波形的重播，在多數情況下，時序誤差必須在±2微秒(μs)以內。

PXI設計增進VSG測試功能完整性

圖1　PXI VSG可在條列模式下達成小於250微秒的最小步進時間。

因應上述諸多收發器測試考量，新一代PXI VSG儀器整合更多功能特色，可提供高達3,200個步進的條列模式、頻率和振幅的快速切換，以及時序和頻率的靈活同步功能，並可讓使用者透過正常的程式編寫介面來產生清單，以便在程式編寫模式和條列模式間輕鬆進行轉換。

PXI VSG還提供多種頻率和振幅的切換模式，例如傳統的RF頻率和振幅的調諧模式，可在條列模式下提供小於250微秒的最小步進時間(圖1)，這些頻率的變化可涵蓋VSG的整個頻率和振幅範圍。此外，其搭載創新的基頻偏移調諧技術更可實現更快速的切換時間，該功能支援橫跨整個調變頻寬的頻率變化，以及高達20dB的振幅變化，而且不會導致調變效能降低，使得條列模式下的最小步進時間可快達10微秒(圖2)。

除了頻率和振幅值外，清單中的每個測試點都有一個可定義該清單如何繼續前進到下一個測試點的結束事件。該事件可是觸發或時序事件，觸發後的結束事件可支援前面段落所描述的交遞式條列模式；如果是時序事件，使用者可選擇總步進時間或停留時間(其定義為VSG的頻率和振幅趨穩後的時間)，執行收發器校驗等應用時，總步進時間非常有用。

圖2　頻譜和時間顯示器顯示在條列模式下，頻率和振幅偏移以小於10微秒的步進時間改變。

為處理許多類型的收發器常用的參考頻率，新的多模組VSG包含一個靈活的頻率參考模組。一如預期，該模組具有10MHz的參考訊號，並可接受1MHz～110MHz之間的任何外部參考訊號。

多模組VSG透過波形播放功能還可透過用於外部觸發訊號的輸入訊號啟動，該觸發延遲的解析度，等於該波形資料取樣率的倒數，對於典型的WCDMA訊號，其觸發延遲的解析度是65奈秒，這仍安全地落在Picocell或Femtocell基地台進行同步時，所需的±2微秒時序誤差的容許範圍內。

如同收發器會持續將更多功能整合入更小的空間內，新的VSG也是一樣。這些整合式功能提供最快速的測試速率，並使得工程師能夠對手機、Picocell及Femtocell等收發器進行複雜的測試，而基於PXI的VSG則透過模組化架構來提供這些功能，以支援兩個額外的需求：以更小的尺寸、重量和占用面積建構測試站，並提供更低的整體測試成本。

(本文作者任職於安捷倫)