CN108964808B - 一种无线局域网射频收发机芯片测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线局域网射频收发机芯片测试系统，该系统包括数字信号分析模块ANA，数字信号源DSG，信号转换ADDA，射频信号产生RFGEN，射频信号接收RFREC，控制电路CTL，晶体振荡器XO及待测无线局域网射频收发机芯片DUT；所述待测无线局域网射频收发机芯片DUT均与其他各模块连接。该系统具有高度的灵活性。

Description

一种无线局域网射频收发机芯片测试系统
技术领域
本发明涉及电子系统领领域，更具体地，涉及一种无线局域网射频收发机芯片测试系统。
背景技术
当前无线通信技术迅猛发展，其中无线局域网技术尤其重要且与日常生活息息相关。其优势在于短距离下可以以极高速率传输，且基本适用于任意场合，可将手持智能终端从有线网络的束缚中解放出来，具有革命性的意义。更为重要的是，无线局域网具有以下特点：强移动性，只要信号覆盖到即可保持连接，而无需注意特定方向；配置简单，一般应用场景下，用户仅需输入密码即可进行连接；组网方式灵活，可与有线网络进行复合组网，形成容量极大的基础设施网络。
当前无线局域网络所使用的主流协议为IEEE 802.11协议群，其中被支持最广泛的IEEE 802.11b协议使用2.4GHz作为载波频段，补偿编码调制CCK进行调制。在高速数据传输率的前提下，需要达到高灵敏度、高线性度、低误码率等设计目标，因此高集成度的射频收发机芯片的设计和验证具有一定的挑战性。
无线局域网芯片的测试与验证系统的搭建较为复杂。首先，由于待测的芯片需要对2.4GHz的射频信号进行收发，而周边环境中的各种电子设备很多也使用了此频段进行数据收发，因此，有可能对要测试的对象造成一定的干扰；其次，待测芯片的输入信号为待发射的基带信号，具有高度的灵活性，使用其他芯片作为信号源则有变更输入激励不方便，测试覆盖不完备的问题；再次，待测芯片的输出信号为2.4GHz的射频信号，对其进行分析需要较为复杂的设备和配套软件；最后，无论是数字矢量信号还是射频矢量信号，采样，收集和分析都面临数据量的问题。
发明内容
本发明提供一种具有高度的灵活性无线局域网射频收发机芯片测试系统。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种无线局域网射频收发机芯片测试系统，包括数字信号分析模块ANA，数字信号源DSG，信号转换ADDA，射频信号产生RFGEN，射频信号接收RFREC，控制电路CTL，晶体振荡器XO及待测无线局域网射频收发机芯片DUT；所述待测无线局域网射频收发机芯片DUT均与其他各模块连接。
进一步地，所述数字信号源DSG根据IEEE 802.11b协议产生符合协议要求的IQ调制数字矢量信号，并生成测试信号，数字信号源DSG集成了基带发生器和时钟源。
进一步地，所述分析模块ANA备多个通道Channel以对每个信号进行同步测量、采集和分析；分析模块ANA同时对所采集的信号进行矢量分析。
进一步地，所述信号转换ADDA模块实现数字基带DB输入输出的离散数字信号形式与连续时域波形的模拟信号形式之间的双向转换，ADDA模块利用模数转换器ADC将待测芯片DUT的输出转换为数字信号并输送到数字基带DB，利用数模转换器DAC进行数字基带DB的输出转换为模拟信号并输送到DUT，模数转换器ADC的输出信号位宽有8位以上。
进一步地，所述射频信号产生模块RFGEN产生符合IEEE 802.11b标准，频率为2.4G的调制射频信号波形；对已调制的调制射频信号由信号放大器PA进行信号放大；激励信号的产生使用射频矢量信号源完成，同样的，此射频信号产生模块集成了数字基带和高精度时钟源，且使用放大器PA使输出电平在较高水平以补偿测试系统的线损。
进一步地，所述射频信号接收模块RFREC实现待测芯片DUT的信号接收和分析，DUT的输出信号为符合IEEE 802.11b标准的CCK调制射频信号，射频信号接收模块RFREC对此信号进行放大，解调，采样后得到数字化的矢量信号，RFREC从调制质量，功率质量和频率质量三个方面对DUT的输出进行测量和评估。
进一步地，所述控制模块CTL对DUT进行状态控制和监测，DUT配备了控制总线接口；CTL模块与DUT的控制总线接口进行连接，以写入命令寄存器的形式向DUT发送指令，同时监测DUT内部状态寄存器的状态。
进一步地，所述晶体振荡器XO为DUT和控制模块CTL提供参考时钟信号，晶体振荡器XO输出时钟的质量用调整频差、温度频差进行衡量。
进一步地，该系统包括两种测试模式：接收模式和发射模式；
执行接收模式测试时，射频信号产生模块RFGEN进行调制、放大并产生符合IEEE802.11b协议标准的射频矢量信号接入到DUT的射频信号输入端口，DUT对RFIN信号进行处理后，将I、Q两路信号以差分的形式输出到信号转换ADDA模块，两个独立的ADC分别对I路和Q路信号进行变换，输出数字形式的基带信号，由数字信号分析模块ANA进行处理和分析；
执行发送模式测试时，数字信号源DSG产生正交基带信号DB，并由ADDA模块中数模转换器DAC变换，得到时域上连续的模拟基带信号，并以差分的形式输出到DUT中，DUT对模拟基带信号进行增益放大、混频、功率放大后以射频矢量信号的形式输出到RFREC，对DUT的输出进行接收和分析。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明包括数字信号分析模块ANA，数字信号源DSG，信号转换ADDA，射频信号产生RFGEN，射频信号接收RFREC，控制电路CTL，晶体振荡器XO及待测无线局域网射频收发机芯片DUT；所述待测无线局域网射频收发机芯片DUT均与其他各模块连接。该系统包括两种测试模式：接收模式和发射模式；执行接收模式测试时，射频信号产生模块RFGEN进行调制、放大并产生符合IEEE 802.11b协议标准的射频矢量信号接入到DUT的射频信号输入端口，DUT对RFIN信号进行处理后，将I、Q两路信号以差分的形式输出到信号转换ADDA模块，两个独立的ADC分别对I路和Q路信号进行变换，输出数字形式的基带信号，由数字信号分析模块ANA进行处理和分析；执行发送模式测试时，数字信号源DSG产生正交基带信号DB，并由ADDA模块中数模转换器DAC变换，得到时域上连续的模拟基带信号，并以差分的形式输出到DUT中，DUT对模拟基带信号进行增益放大、混频、功率放大后以射频矢量信号的形式输出到RFREC，对DUT的输出进行接收和分析。该系统具有高度的灵活性。
附图说明
图1是本发明的整体结构框图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明所述的无线局域网射频收发机芯片测试系统，一共分为数字信号分析模块ANA，数字信号源DSG，信号转换ADDA，射频信号产生RFGEN，射频信号接收RFREC，控制电路CTL，晶体振荡器XO及待测无线局域网射频收发机芯片DUT八个部分。
数字信号源DSG根据IEEE 802.11b协议产生符合协议要求的IQ调制数字矢量信号，并使用适配的软件生成完备的测试信号。DSG集成了基带发生器和高精度的时钟源，具有良好的频率响应特性和极低的矢量误差幅度EVM，Error Vector Magnitude。
分析模块ANA承担了数字信号分析的任务。由于ADC的输出有8位以上，分析模块应该配备多个通道Channel以对每个信号进行同步测量，采集和分析；同时，分析模块也配备矢量信号分析软件，对所采集的数字矢量信号进行更为高效的快速分析。
信号转换ADDA模块实现数字基带DB输入输出的离散数字信号形式与连续时域波形的模拟信号形式之间的双向转换。ADDA模块利用模数转换器ADC将待测芯片DUT的输出转换为数字信号并输送到DB，利用数模转换器DAC进行数字基带DB的输出转换为模拟信号并输送到DUT。ADC的输出信号位宽有8位以上，具有较高的信噪比和线性度，分别用噪声系数NF和三阶交调点IIP3进行衡量。
射频信号产生模块RFGEN实现两个功能：首先,产生符合IEEE 802.11b标准，频率为2.4G的调制射频信号波形；其次，对已调制的2.4G的调制射频信号由信号放大器PA进行信号放大。激励信号的产生使用射频矢量信号源完成，同样的，此射频信号产生模块集成了数字基带和高精度时钟源，且使用PA使输出电平在较高水平以补偿测试系统的线损。
射频信号接收模块RFREC实现待测芯片DUT的信号接收和分析。DUT的输出信号为符合IEEE 802.11b标准的CCK调制射频信号，射频信号接收模块RFREC对此信号进行放大，解调，采样后得到数字化的矢量信号。RFREC主要在三个方面(调制质量，功率质量，频率质量)对DUT的输出进行测量和评估。
控制模块CTL负责对DUT进行状态控制和监测。DUT配备了控制总线接口。CTL模块与DUT的控制总线接口进行连接，以写入命令寄存器的形式向DUT发送指令，同时监测DUT内部状态寄存器的状态。控制模块为数字电路，其时钟源连接到了XO，以与DUT进行同步。
晶体振荡器XO的作用为DUT和控制模块CTL提供高质量的参考时钟信号。晶体振荡器XO输出时钟的质量可以用调整频差、温度频差进行衡量。
待测无线局域网射频收发机芯片DUT为满足IEEE802.11b无线局域网协议的射频前端芯片，可以分别进行射频数据接收和发送功能，并配备了控制总线接口和参考时钟输入接口。
根据IEEE 802.11b协议所规定，需要对DUT的技术参数进行测试：发射参数有调制、功率和频率三个方面(Modulation，Power，Frequency)，涉及到如下测试参数：误差矢量幅度(Error Vector Magnitude)；发射功率(Transmit Power)，发射功率控制(TransmitPower Control)，波升/波降(Power-on/off Ramp)；频谱遮罩(Frequency Mask)，发射中心频率偏移容限(Transmit Center Frequency Tolerance)等。
而接收参数有接收最小灵敏度(Receiver Minimum Input Sensitivity)，相邻信号干扰(Adjacent Channel Rejection),接收最大灵敏度(Receiver Maximum InputLevel)以及空闲信道评估容限(Clear Channel Assessment(CCA)SensitivityTolerance)等。
制订性能测试总体目标，分别对发射和接收模式下的调制、功率和频率进行测试，为简单起见，将此六个测试目标集分别记为TestTX:M,TestTX:P,TestTX:F和TestRX:M,TestRX:P,TestRX:F；其中测试目标集TestTX将利用DSG，ADDA，DUT，REREC，CTL和XO六个部件，而测试目标集TestRX将利用RFGEN，DUT，ADDA，ANA，CTL和XO六个部件。
根据协议要求和测试目的，以下以测试目标集TestTX:P为例，本发明的应用流程如下：
1)整个系统上电，设备进行初始化；
2)根据总体目标，制订性能测试详细项目；指定数据传输率DR，中心频宽CFW，频宽FW，发射功率TP，数据帧的长度N等并创建完备的测试输入向量V:TestTX:P{DR,CFW,FW,TP,N}，以覆盖尽可能多的用例；
3)确认XO已经正常工作，可以向DUT和CTL输出稳定的参考时钟信号；
4)通过CTL向DUT发送TX模式指令，配置DUT内部的命令寄存器，并通过总线读出DUT内部的状态寄存器；
5)根据测试向量V:TestTX:P，使用DSG和相应的应用软件依次产生相对应的两路正交的数字基带信号输入DB_i和DB_q，且要求其EVM小于本发明所设定阈值E0；
6)将数字基带信号使用ADDA中的DAC进行转换，得到两路差分的时域连续波形BI_ip，BI_in，BQ_ip，BQ_in；同时DAC的输出功率应大于本发明所设定的阈值P0；
7)将信号BI_ip，BI_in，BQ_ip，BQ_in输入到DUT，由于此时已经进入发射模式，DUT将上述输入信号进行增益放大，上变频，功率放大，并最终以射频信号RF_op，RF_on的形式输出；
8)使用模块RFREC采样，接收RF_op和RF_on的关键功耗性能指标：每个信道上的功率，总功率，信道间功率干扰，功率控制TPC是否正常，波升/波降时间，功率时间曲线等，并进行分析；
9)遍历整个输入向量中的测试项目；
10)测试其他测试目标集。
其他测试目标集所要测量的关键参数有所不同，其中TestTX:M主要关注的是EVM和误码率BER；而TestTX:F关注的是测量出的信道中心频率偏移，频谱遮罩，以及相邻信道泄漏干扰ACLR(Adjacent Channel Leakage Radio)。TestRX测试目标集与之类似，且需要测试最大最小信号灵敏度，以及信道间干扰。总体流程与之相似，因此不再赘述。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线局域网射频收发机芯片测试系统，其特征在于，包括数字信号分析模块ANA，数字信号源DSG，信号转换ADDA，射频信号产生RFGEN，射频信号接收RFREC，控制电路CTL，晶体振荡器XO及待测无线局域网射频收发机芯片DUT；所述待测无线局域网射频收发机芯片DUT均与其他各模块连接；
该系统包括两种测试模式：接收模式和发射模式；执行接收模式测试时，射频信号产生模块R F G E N进行调制、放大并产生符合I E E E802 .11b协议标准的射频矢量信号接入到DUT的射频信号输入端口，DUT对RFIN信号进行处理后，将I、Q两路信号以差分的形式输出到信号转换ADDA模块，两个独立的ADC分别对I路和Q路信号进行变换，输出数字形式的基带信号，由数字信号分析模块ANA进行处理和分析；执行发送模式测试时，数字信号源DSG产生正交基带信号DB，并由ADDA模块中数模转换器DAC变换，得到时域上连续的模拟基带信号，并以差分的形式输出到DUT中，DUT对模拟基带信号进行增益放大、混频、功率放大后以射频矢量信号的形式输出到RFREC，对DUT的输出进行接收和分析。
2.根据权利要求1所述的无线局域网射频收发机芯片测试系统，其特征在于，所述数字信号源DSG根据IEEE 802 .11b协议产生符合协议要求的IQ调制数字矢量信号，并生成测试信号，数字信号源DSG集成了基带发生器和时钟源。
3.根据权利要求2所述的无线局域网射频收发机芯片测试系统，其特征在于，所述分析模块ANA备多个通道Channel以对每个信号进行同步测量、采集和分析；分析模块ANA同时对所采集的信号进行矢量分析。
4.根据权利要求3所述的无线局域网射频收发机芯片测试系统，其特征在于，所述信号转换ADDA模块实现数字基带DB输入输出的离散数字信号形式与连续时域波形的模拟信号形式之间的双向转换，ADDA模块利用模数转换器ADC将待测芯片DUT的输出转换为数字信号并输送到数字基带DB，利用数模转换器DAC进行数字基带DB的输出转换为模拟信号并输送到DUT，模数转换器ADC的输出信号位宽有8位以上。
5.根据权利要求4所述的无线局域网射频收发机芯片测试系统，其特征在于，所述射频信号产生模块RFGEN产生符合IEEE 802 .11b标准，频率为2 .4G的调制射频信号波形；对已调制的调制射频信号由信号放大器PA进行信号放大；激励信号的产生使用射频矢量信号源完成，同样的，此射频信号产生模块集成了数字基带和高精度时钟源，且使用放大器PA以补偿测试系统的线损。
6.根据权利要求5所述的无线局域网射频收发机芯片测试系统，其特征在于，所述射频信号接收模块RFREC实现待测芯片DUT的信号接收和分析，DUT的输出信号为符合IEEE802.11b标准的CCK调制射频信号，射频信号接收模块RFREC对此信号进行放大，解调，采样后得到数字化的矢量信号，RFREC从调制质量，功率质量和频率质量三个方面对DUT的输出进行测量和评估。
7.根据权利要求6所述的无线局域网射频收发机芯片测试系统，其特征在于，所述控制电路CTL对DUT进行状态控制和监测，DUT配备了控制总线接口；CTL模块与DUT的控制总线接口进行连接，以写入命令寄存器的形式向DUT发送指令，同时监测DUT内部状态寄存器的状态。
8.根据权利要求7所述的无线局域网射频收发机芯片测试系统，其特征在于，所述晶体振荡器XO为DUT和控制电路CTL提供参考时钟信号，晶体振荡器XO输出时钟的质量用调整频差、温度频差进行衡量。
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