WLAN生產測試的演變

2004-03-23
無線區域網路(WLAN)是行動通訊成長最快速的一個領域。過去幾年來,採用IEEE 802.11b規格的無線網路已經發展得相當成功,這是因為在家庭和辦公室內,方便又經濟的網際網路出現了驚人的成長所促成的。
無線區域網路(WLAN)是行動通訊成長最快速的一個領域。過去幾年來,採用IEEE 802.11b規格的無線網路已經發展得相當成功,這是因為在家庭和辦公室內,方便又經濟的網際網路出現了驚人的成長所促成的。儘管如此,對更高容量網路以及更高服務品質的需求還是持續地成長, IEEE 802.11a和IEEE 802.11g技術正是為了滿足這樣的需求而發展出來的,可以提供比802.11b還要高的資料速率,最高的資料速率可達54 Mbit/s,而802.11b只有到11 Mbit/s。不過,這些標準的演進也使得WLAN裝置的複雜度變得更高,如果要達到預期的效能要求,而且雙頻(dual band)操作或支援多重格式的裝置要在市場上大放異彩的話,這些複雜的設計勢必會需要更精密且徹底的生產測試方法。WLAN接取點(access point)和網路介面卡大部分是由接單生產廠商(CM)和專業代工設計製造商(ODM)來生產製造的,對這些CM和ODM廠商而言,能否維持低的測試成本是非常重要的。要讓測試的成本降到最低有一些關鍵的因素:  

‧測試設備的資本支出  

‧同一套系統可以測試的不同種WLAN裝置的數目  

‧合格的待測裝置(DUT)數目或良率  

‧測試系統的開發與支援(從測試的啟動到校準和維護等)  

目前大部分的WLAN生產測試都採用以黃金樣品(golden radio)為主的系統圖1。以黃金樣品為主的系統會包含1個已知是好的「黃金」WLAN無線通訊產品,通常還會有一部頻譜分析儀、功率錶和電源供應器。此外,也會需要測試控制軟體,以便將DUT設到特殊的測試模式下以及控制黃金樣品。  

雖然以黃金樣品為主的系統通常被認為是比較便宜的測試系統,但這種系統也存在著一些根本的問題,不太適合用在雙頻操作或支援多重格式的無線通訊產品上。這種系統的最大問題在於它是特殊而專用(proprietary)的,而且無法量測誤差向量的值(EVM)。  

黃金樣品測試系統的特點  

以黃金樣品為主的測試系統為特殊及專用  

以黃金樣品為主的系統原本就是一種專屬的系統,採用的是與DUT相同的晶片組/裝置。ODM和CM廠商需要依賴晶片組供應商提供支援和程序,才能校準、運作和維護這些黃金樣品的系統。隨著需要進行測試之裝置的數量和種類日增,支援這些系統所需支出的工程費用也會增加。  

以黃金樣品為主的測試系統無法量測EVM  

從802.11b系統使用的BPSK/QPSK調變格式,到高資料速率所採用的64QAM方法,802.11a/g的無線通訊產品使用的調變方法相當多樣化。雙頻操作或支援多重格式的無線通訊產品如果要能成功地與其它的無線通訊產品相容互運的話,生產製造商就必須確保發射器的品質夠高,也就是需要測試 EVM 。然而,直到目前為止,測試EVM的設備都太過昂貴了,不適合生產測試的環境使用。  

802.11b採用相對簡單的調變格式,因此其效能並不全然仰仗調變的品質,資料符號(data symbol)在出現位元錯誤或封包錯誤之前,可以承受相當高度的錯誤。在低位元速率的系統中,未達到調變準確度的測試限制範圍之前,發射器的效能變差通常會出現在頻譜波罩內。  

但是對802.11a/g中使用的較高階格式(如64QAM)而言,調變的品質就很重要了。調變的錯誤可能導致資料符號被誤判,最後造成範圍或資料流通速率受到限制。因此,測試調變的準確度對支援多重格式的無線通訊產品而言是非常重要的,而且802.11a/g的規格中亦規定要使用EVM來測試發射器的調變品質。EVM可以量測出調變過的載波和理想的參考信號之間的差異,是設計和開發WLAN晶片組的過程中,用來量測調變準確度的方法。  

然而,對成本很敏感的製造商所面臨的一個難題是:直到最近,市面上買得到或在WLAN要求的高頻寬範圍內量測EVM的測試設備一直相當地昂貴,因此,這些製造商嘗試調整和延伸其黃金樣品系統所使用的程序來測試調變品質。以黃金樣品為主的系統會進行一種稱為發射封包錯誤率(TxPER)的測試,這種測試的目的與EVM測試很類似,都是為了驗證發射器的調變品質。TxPER測試需要控制DUT發射一串預先定好的資料封包,並使用黃金樣品中的接收器來蒐集這些資料,然後將之與參考資料封包相比較,看看封包錯誤率(PER)是否有變差。這種方法的問題在於它會因供應商的不同而不同,且因使用不同的黃金樣品,所以很難重製測試系統。即使發射器的效能維持不變,黃金樣品的接收器效能若有改變,即可能導致PER的結果有所不同。這樣一來,可能會造成生產線上出現「不合格誤判」(也就是好的裝置無法通過測試而被打入不良品),以及生產良率不穩定的情形,這兩者都是每家生產製造商想要極力避免的事情。  

整合式測試機組降低系統複雜度和成本  

不過測試設備一項令人振奮的新發展將可改變這一切。新推出的整合式測試機組不但符合成本效益,而且彈性十足,可以提供量測EVM所需的頻寬,有可能可以改變WLAN裝置的測試方式。目前市面上已經有整合式的WLAN測試解決方案,可以提供以黃金樣品為主的系統所缺乏的準確度、穩定性 (repeatability)、彈性和獨立性。  

在這套系統中,黃金樣品、功率錶、頻譜分析儀、以及相關的接線和RF切換等功能全都被整合到單一部儀器中,可以大幅降低系統的複雜度和成本。該測試機組包含一部可程控的向量信號產生器和一部準確度接近功率錶的寬頻接收器。這套系統只需要使用一部PC個人電腦來安裝DUT控制軟體和WLAN量測軟體。  

該測試機組的可程控向量信號產生器可以產生所需的資料數碼以測試DUT的接收器,而量測軟體則可以進行各種接收器測試,一如既有的系統。該信號產生器可經過設定後,模擬出各種的信號,因此能針對接收器測試提供非常彈性的激發信號。  

其次寬頻接收器可在校準和最終測試時,對發射器進行準確的效能量測。WLAN裝置需要在不同的功率位準、頻道和位元速率下進行校準,這是生產程序中最花時間的部份。校準的過程主要是要校準待測裝置內的功率放大器(PA),其方法是調整輸出功率到某個特定的絕對位準,或是調到允許的最高失真位準。在以黃金樣品為主的系統中,這種失真量測通常需要將待測裝置的功率位準提高,一直到發射信號的某些特性,如頻譜旁波瓣(spectral side-lobe),達到了預先定好的限制為止。由於這種測試方法與直接量測EVM的方法相較之下,通常比較不準確且無法預測,因此一般會將功率位準由可能的最高位準「調回」一些,使得裝置的效能會比原本的低一些。但若運用整合式測試機組的話,即可從單一次的資料擷取動作中,完成信號的功率和EVM,以及諸如IQ偏移(IQ offset)和頻率誤差等其它的量測,能快速又準確地量測出發射器的效能。此系統的準確度和穩定性提高後,就可以用到DUT放大器的最大範圍,也能將發射的品質最佳化。高準確度和穩定性還能降低量測的不確定度,這樣一來就可以縮小測試限制的安全防護範圍(guard band),達到更高的生產良率。  

(作者現任職於安捷倫科技公司)  

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