802.11ac 5GHz设备在生产过程中的测试方法解析

　对于最新的802.11ac标准，制造工程师们正面临越来越大的复杂性，这反过来又促使他们对测试策略进行不断的创新，以满足这些新近出现的要求。首先，也是最重要的一点是，在5GHz频段内以更高的带宽和调制阶数进行设备测试就意味着为工厂购买新的设备。但是，采用当今最新技术的设备还需要为传统的技术标（802.11a/b/g/n）执行后向兼容测试，这就使问题变得更为复杂。考虑到这种趋势，工程师们在制定测试策略时会在他们的测试计划中聪明地加 入一些能帮助获得特定测试覆盖率的测试项目。本文对802.11ac设备的明智测试方法进行了深入的探讨，并借此对下列问题作出了答复：“如果要求我对一个802.11ac设备进行测试，以确保良好的产品质量，有多少项目是真正需要在生产过程中进行测试的？”
　　直接使用“低、中、高”方法
　　以前，我们通常采用“低、中、高”方法实施2.4GHz设备的验证。这意味着在受支持的频率范围内对最低率、中间频率和最高频率（信道）进行测试。这种直截了当的方法对5GHz频段似乎是切实可行的，但当您考虑测试覆盖率后，您的想法就会改变。参考图1后我们首先发现，5GHz频段涵盖的频谱比小于100MHz带宽的2.4GHz ISM频段多得多。其次，支持在5GHz上运行的芯片通常会在子频带上单独运行，使用的是单独的验证信息。这种划分子频带的做法是不同频率范围内最大发送 功率不同所引起的，另一个原因是，制作一组能支持完整5GHz频带的校准参数会存在一定困难。显然，“低、中、高”方法不能为这些子频带带来足够的测试覆 盖率。
　　
　　图1：2.4/5 GHz频段的802.11频谱总图（包括 802.11ac）
　　如果暂时不考虑5GHz的要求，测试2.4GHz频段的低、中、高频率是不无道理的。在两个极值点和中心点上进行测试的方法能确保待测物在所有信道上都有相 同的行为特征；事实上，这个过程也可通过一些简单的后期处理手段来验证整个频率范围的平坦度。参照图2可以看出，错过缺陷而只看到两个测试点的可能性是存 在的，例如，在滤波器意外失配或滚降经常发生的频带边缘。这种缺陷发生情景正是我们建议在2.4GHz频段内采用三个测试点的潜在理由。此外，这个潜在的策略也是我们考虑5GHz频段测试覆盖率的基础。
　　
　　图2：意外的滤波器响应会错失缺陷点，造成只有两个测试点的结果。
　　迂回方案：芯片校准
　　测试覆盖率考量方面一个有价值的见解是，芯片供应商通常会为发射器和接收器提供一个固定的校准表，在大多数情况下，该校准表会通知设备如何在规定的功率限值范围内执行操作。一般而言，该校准表包括频率范围内典型增益的信息以及发射器和接收器的功率信息。虽然存在这样的表格，但制造过程中最好的做法是将这项基本的校准操作看作测试覆盖率的一部分。
　　最常见的校准过程由两个可追溯至功率测量值的步骤组成：
　　（1）校准待测物的发射功率；
　　（2）将校准信息传送到接收器。
　　在这种频率逐点测量方法中，功率校准过程会在验证性能参数的同时将最终数据加入校准表。
　　5GHz意味着不同的测试过程吗？
　　5GHz 频段的测试覆盖率遵循与2.4GHz相同的策略。由于在更高的频率上运行，5GHz频带的校准更为重要，尤其是考虑到5GHz的频率覆盖区间（包括分解成 子频带的频段）比2.4GHz多得多。另一个考虑因素是，5GHz的频带选择滤波器不与每个子频带对齐，而是与所有子频带的覆盖频率对齐。
　　此 外，对5GHz而言，校准也更复杂。将校准范围划分成多个子频带的原因在于覆盖整个5GHz频带的校准过程很难实现，尤其是因为不同子频带通常具有不同的 发射目标功率。测试子频带内一个单一频率点（尤其是它与校准过程的频率相同时）几乎不会提供额外的信息。举例来说，这种简单方法不会检测出频带边缘的滤波 器滚降，也不会检测出子频带上的功率升降。
　　这些运行和校准特性是新的测试覆盖率所必须应对的主要差别。
　　5GHz验证
　　验证是确认设备在其支持的频率上能否正常运行的过程。对5GHz频段应用2.4GHz的测 试策略就会涉及到对5GHz频段的每个子频带实施低频、中频和高频验证。与校准过程相似，验证过程也从发射功能的验证开始，然后是接收功能的验证。根据生 产过程的优先顺序，比较明智的做法也许是在5GHz的整个频段上进行低频、中频和高频的测试，但将测试放在每个子频带的某个频率点上也许会更好些。后者能 缩短测试时间，但不能检测到许多制造缺陷，而只能发现总体性能的失效情况。
　　进一步考察子频带上“低、中、高”方法的测试覆 盖率可以为我们找到完善测试计划的机会。乍一看，获取每个子频带上低、中、高频率点数据的做法似乎有点过分。考察2.4GHz频段内中间点的目的是为了检 测过滤器的失配，但5GHz频段的子频带内这种相同的中间点缺陷机制却不存在。同样，低频和高频点也不靠近子频带边缘，这对验证操作而言是更为有趣的现 象。考虑到这个观察结果后，我们发现测试覆盖率可以通过测量每个子频带的两个极值点的方法加以改善——尤其是用曲线定心方法（这种方法中，中间点通常被用 于定心）对子频带进行校准的情况下。
　　正如这种测试覆盖率的初步观察所告诉我们，待测物特性和缺陷机制的综合结果正在影响我 们对测试项目的选择过程。通过调整测试覆盖率以适应这些影响因素，制造工程师们将可以精准地选择测试项目，从而确保产品质量。总体而言，发射和接收功能代 表了我们所建议的测试覆盖率的逻辑分类。同样，测试覆盖率将包括调制和吞吐量的逻辑分类。这样，所有能充分验证设备运行性能而同时又能筛查产品缺陷的测试 项目的集合就成了最佳的测试覆盖率。这个过程将被作为组织本文剩余内容的基础。
　　当测试进入接收特性阶段时，目标测试可以另外 增加滤波器纹波和其他随频率变化的指标。在这种方法中，我们应将整个频带的边缘频率点和分布在该频带上的其他几个频率点包括在内。建议每个子频带至少取一 个测试频率，但需注意，使用与发射测试过程中相同的频率是没有意义的。总体原则是避免在两个几乎相同的频率点上测试接收器的性能；例如，子频带边缘频带通 常是相邻的。这样，明智地选择频率点就可以使我们在更短的测试时间内发现产品缺陷。
　　在何处测试？
　　综上所述，2.4GHz频段利用现有的测试覆盖率。5GHz频段需要在每个芯片子频段支持 的极值信道上进行发射验证，这可以看作是5GHz的新测试项目。例如，发射机测试时三个子频带将需要至少六个频率值（每个子频带的极值信道），以确保每个 子频带的平坦功率校准以及频带边缘的频率性能。同样，接收器也将因为在最高和较低频带频率（频带边缘）以及分布于频带上的其他几个频率的测量而受益。作为 一种实用的折衷方法，我们也可以在每个子频带中只取一个频率点（最小值），即最终有3-5个频率；这在大多数情况下已足够。对于发射器和接收器功能的测试 覆盖率而言，这些测试项目可形成一个坚实的频率基础。
　　上述所有陈述都自然而然地以下列假设为前提，即芯片已经过仔细的特性分析，且我们可以根据这些分析数据选择理想的频率进行测试。
　　测试什么？
　　接 下来我们需考虑的问题是，在这么多可能的测试条件下，我们需要在每个所选频率上验证什么项目。测试覆盖率必须在现有2.4GHz测试计划的基础上不断完善 以满足802.11ac的要求。现有的测试基础可能包括那些用于验证低、中、高频率点上最大数据传输速率情况下功率、EVM和模板的测试项目。除DSSS 调制信号之外，我们首要的任务是将OFDM调制信号增加到测试覆盖范围内。制造工程师们通常会用相似的测试参数在相同的频率上测试OFDM调制信号。在校 准过程中需要注意的是，由于在许多情况下DSSS和OFDM使用不同的校准参数（一个参数在另一个参数基础上偏移一个固定的量），所以我们有必要对两种方 法的校准量都进行验证。幸运的是，DSSS在5GHz频段上不受支持，因此，此测试项目是没有必要的。但从另一方面来看，其他许多发送带宽和调制方式还是 受支持的——尤其是在引入802.11ac标准后。