引進跨域測試法　DigRF收發器驗證挑戰迎刃解

行動裝置測試項目增加　引發DigRF自動化測試挑戰

隨著從類比移轉至序列與封包化匯流排(如DigRF)，RFIC測試法也由傳統的類比來源與接收器，演進至結合可在基頻端傳輸封包化IQ資訊的跨區域平台。

收發器製造商須要在同樣的時間範圍內，測試更多項目(頻率範圍、標準、頻寬等)，基於DigRF的收發器之自動化測試挑戰及高速解決方案的討論也隨之興起。

如同電腦上多數序列匯流排一樣，可將DigRF介面規格形容為包含了實體、傳輸與應用層(Application Layer)通訊協定的堆疊(Stack)，此介面規格定義實體訊號與匯流排操作、封包結構與資料編碼方案、流程控制與錯誤處理機制等等。

由於DigRF係用於傳輸IQ資訊，因此還有另一個通訊協定堆疊「縮封」在數位介面內，其代行動手持裝置的無線通訊協定操作。與其他通訊協定一樣，此堆疊定義始於無線實體層(PHY)，終止於無線應用層，通常稱為無線通訊協定堆疊。

從RFIC設計到行動系統整合與生產，設計團隊須要驗證此「雙重」通訊協定堆疊各層的正常運作。在驗證、特性檢測與生產期間，大部分的測試皆著重於收發器的RF效能，這就必須結合RF測試儀器的DigRF測試解決方法。

與DigRF相關的新測試挑戰如下：

各種不同的通道配置與連結速度

DigRF匯流排支援各種配置，包括以各種速度(Gear1/Gear2或低功率)運行的單一收發通道(1Tx/1Rx)至多通道配置(2Tx/4Rx)，因此測試平台必須支援這些不同的排列組合與變化，以滿足新興測試需求。

資料編碼機制

由於同一個匯流排同時攜載時脈與資料，並以每秒十億位元的速度運作，資料串流中的隨機1's和0's通常會編碼為1s與0's的直流(DC)平衡串流，其中包含足以由鎖相迴路(PLL)啟用時脈還原的資料轉換。

這些編碼與解碼演算法以即時運作，為該連結的第一要件，因此DigRF測試儀器必須模擬同樣的編解碼演算法、偵測編解碼錯誤，並包含DC偏移誤差與遺失的資料轉換。

降低功率

由於使用者希望能夠延長行動裝置的電池使用時間，因此省電效益便至關重要。現今的匯流排已經能夠在多種高速與低功率模式下運作，以達最佳效能與耗電表現；不須要傳送任何資料時，匯流排便會進入休眠模式，節省電池電力。

當使用者須要傳輸資料時，匯流排會迅速重新啟動，傳送時脈還原的同步化模式，並開始在高載模式(Burst Mode)下傳輸資料。測試環境的主要特色之一，在於正確支援各種電源管理機制與模式轉換，以確認待測裝置(DUT)在實際條件下的運作。

在系統整合期間，可能須要確認系統已經過「微調」以節省電源，並僅於必要時以高速運作，在此情況下，測試設備的鎖定時間便相當重要，因為其需要從內嵌時脈擷取資料。測試儀器的鎖定時間必須更快於DUT的時脈時間，否則便無法可靠地量測裝置行為－可能會在匯流排重新啟動時，遺失第一個資料要件。此效應稱為序列資料分析儀的「盲」區。

追蹤協定狀態機

為執行此一測試，會將DUT連接至模擬對等裝置的有效測試環境。有效測試設備的本質可分為兩類：無狀態(Stateless)及完整狀態(State-full)測試裝置。

「無狀態」測試環境會在完全不了解，或局部了解待測裝置協定狀態機的情況下產生激發。我們可將其比喻為在不知道比賽規則狀態下，按照設定移動西洋棋棋子的機器人。

「完整狀態」測試環境，或稱模擬試驗器(Exerciser)，則完整呈現匯流排協定狀態機，並以近似於實際裝置的方式運作，而為說明模擬試驗器的效益，最典型的範例就是重試順序測試。

大多數數位通訊協定堆疊，皆包含封包重新傳送機制，若封包在第一次傳送時，未正確收到，則接收器可要求傳送者重新傳送封包。完整狀態測試平台將會識別重新傳送封包的要求，並根據重新傳送順序定義運作；若未在測試腳本中設定，則無狀態裝置將略過要求。

完整狀態測試環境為測試以下匯流排模式之要件：

·休眠到啟動模式的轉換

·重試順序

·要求傳送者減緩或加速傳輸流量的流程控制機制

基頻/RF端向量訊號分析軟體採相同演算法

若BBIC與RFIC之間的連結為類比IQ連結，則基頻端的測試環境是以訊號來源以及訊號分析儀為基礎，並結合向量訊號產生以及向量訊號分析軟體。當此連結移轉至DigRF時，測試環境的硬體要件將由同步收發DUT資料的DigRF模擬試驗器所取代。數位化IQ波形則會自DigRF封包酬載插入或擷取。

在基頻端與RF端之間，不論使用的連結為何，測試環境皆必須呈現一致的量測。最理想的測試架構，包括使用整合至類比與數位分析模擬硬體的相同量測演算法之常見向量訊號產生與向量訊號分析軟體。 例如，在收發器兩「端」比較評估模組(EVM)量測值時，使用相同的演算法將可確保差異是因DUT所造成，而不是因為數學量測差異的關係。

由於此測試配置必須使用須密集同步化，並以共用應用程式軟體控制的多部測試儀器，採用模組化PXI配置能夠以小規格，提供快速且具成本效益的解決方法。

發射路徑測試

為測試發射路徑，便必須在DigRF端提供激發。以Signal Studio軟體搭配PXI DigRF主機(Host)轉接器，能夠以各種蜂巢格式產生訊號，這些訊號則會自動縮封於DigRF封包中。

RF端的分析則採用市面上的PXI向量訊號分析儀(VSA)，兩個模組可透過緊密同步化的後面板交換觸發器；擷取的資料可使用89600 VSA軟體，或模組化儀器的X-Series量測應用程式處理，執行以標準為基礎的品質與調變量測。

接收路徑測試

接收路徑測試必須在RF端提供激發，可使用PXI向量訊號產生器如M9381A執行。值得注意的是，發射與接收路徑測試可使用同一款Signal Studio(訊號產生)軟體。DigRF端的分析可用相同的PXI DigRF主機(Host)轉接器與VSA軟體執行，且所有儀器皆可安裝於僅需要4U空間的單一PXIe機箱。

採用行動手持裝置的高速標準互連，在效能與能源消耗方面可提供龐大效益，此一趨勢也促進了從晶片啟動到系統整合測試方法的重大改變。如要對DigRF功能行動系統進行偵錯與驗證，便須要使用真正的跨域測試方法。

(本文作者任職於是德科技)