BLE RF射频测试需要遵循的一些标准规范

一、背景

BLE作为手机的标配，也进而带动了周边设备的发展，像TWS耳机、智能手环、蓝牙鼠标等广泛应用在各个行业。

不同厂家设计的BLE产品能否兼容，其中非常重要的一个点就是互操作性。两个BLE设备间能够可靠稳定工作，一方面取决于应用层协议规范的兼容，还有一个特别重要的影响因素就是射频性能，包括发射功率、带内功率、调制一致性、载波频率偏移和漂移、带内杂散、发送频谱密度以及相位噪声等，其对用户的直观影响就是通讯距离短和是否掉线，进而影响用户体验。

因此在研发和生产过程中需要对在研产品的射频性能进行测试，以保证其无线指标符合蓝牙射频规范的要求。

同样对于恩智浦KW36和KW38系列BLE SOC而言，射频性能测试也是非常重要的步骤，AN12076详细阐述了KW3x的射频性能，但在工作中发现很多客户在使用过程中，总会有遇到很多误区，原因有三个：

首先其没有描述详细的测试系统的Setup (如需要下载的软件，测试仪器连接，测试模式选择，测试仪器参数设置等)，也没有详细文档描述每个测试项应该如何做配置(主要是因为测试项实在太多)；

其次AN12076中默认使用的测试设备是MXG Generator，而国内大部分客户使用的是CWM-270/500，前者采用的不是标准的HCI命令，所以如果没意识到这个点，就会导致通讯无法建立；

第三就是默认代码配置的测试pattern码流的速度太低，不满足测试机构的标准要求。

本文结合实际支持客户现场，对KW36进行RF测试所遇到的一些误区做些经验分享，方便快速解决问题。

二、蓝牙测试执行标准和测试项

在对KW36 BLE做RF测试之前，需要事先知道有哪些测试标准和测试项，以及每一个测试项的含义。

2.1 蓝牙执行标准：

针对蓝牙的测试标准主要有BQB，FCC，CE, IC，MIC等，其中BQB 是SIG互联互通测试，FCC、IC、MIC则主要是针对定频测试。

BQB：蓝牙产品在产品外观上标明蓝牙标志，必须通过BQB认证。

      它考察的是产品中的蓝牙是按照符合SIG规范设计出来的，保证蓝牙设备互联互通。

      主要是两个大项，一是射频性能，射频测试项目繁多，每个频道都要测，而且是高、低、常温下重复测试。二是profile，按照客户提交的profile列表来测试。

RF-PHY TS 5.0.2 (12-2017): Bluetooth Test Specification. This document defines test structures and procedures for qualification testing of Bluetooth implementations of the Bluetooth LE RF PHY.  

CE: 无线产品进入欧洲市场的要求。主要考察2.4G频带的频谱调制性能以及对周围电磁环境的影响。

ETS EN 300 328 2.2.1 (11-2016): European Telecommunication Standard—Radio Equipment and Systems (RES) Wideband data transmission systems, Technical characteristics and test conditions for data transmission equipment operating in the 2.4 GHz ISM band and using spread spectrum modulation techniques   

FCC：无线产品进入美国市场都要求FCC的认可。主要考察的是无线设备对周围电磁环境的影响。

FCC Part 15: Operation to FCC Part 15 is subject to two conditions.  The device may not cause harmful interference.  The device must accept any interference received, including interference that may cause undesired operation.  

IC/MIC：无线产品进入加拿大和日本市场的要求。

2.2 蓝牙执行测试项： 

发送：发射功率/带内功率/调制一致性/载波频率偏移和漂移/带内杂散/发送频谱密度/相位噪声；

接收：接收灵敏度(1500个包PER<30.8%), 相邻通道干扰Rejection，阻塞特性(接收机在除杂散响应或者邻道频率干扰信号下接收正常信号的能力), 最大输入电平, RX emission等。

下表是针对欧标和美标测试项的一个测试列表，包括测试项，测试标准以及PASS/NG的条件，具体每一项含义文中不再展开。

三、KW36 RF测试过程中遇到的误区

误区1：射频测试是硬件的活，为何还需要特定软件的配合?

软件工程师千辛万苦终于把蓝牙产品的软件设计好了，却被告知还要对产品进行射频性能测试，这时候软件工程师就会想这是硬件工程师该做的事，为什么最后SW工程师还要参与呢? 

答案是需要的，因为不同的测试项需要MCU工作在不同的模式下，需要在测试过程中不断切换装载的软件。

误区2：DTM测试和HCI模式测试的误区, 软件需要如何做修改？DTM(Direct Test Mode)直接测试模式，是SIG联盟在蓝牙核心规范中制定的一种用于蓝牙射频性能测试的模式。也就是说DTM是蓝牙规范的一部分，符合蓝牙核心规范的芯片都能进行DTM测试。 DTM测试分为发射测试和接收测试，发射测试能够获得被测蓝牙产品的发射功率、频偏、频率漂移等; 接收测试则可以测试被测蓝牙产品的接收灵敏度等。 HCI除了支持DTM test的命令外，还支持BLE所有的HCI命令，例如BLE的通讯控制等。 除此之外，DTM测试无需下载额外的软件，只需连接DTM的两个引脚。HCI模式需要下载一个代码到MCU中，实现对controller层的配置以及将另外一个运行BLE stack的Host MCU的HCI命令传送给controller层。 对于DTM模式，由于因为DTM不是默认Pin mux功能，所以实际上还是需要烧录一个软件配置该引脚功能。也就意味着无论是DTM模式还是HCI模式都需要根据硬件去修改软件(一般测试工程师意识不到这个点)。 下图是FRDM-KW36板子默认使用的串口，如果客户板子硬件有更改，需要对应做修改，对应代码位于pin_mux.c。

误区3：不同测试项应该下载哪个软件?

在整个测试过程中用到的软件有两个：hci_bb.bin和conn_test.bin，前者只支持标准的DTM测试，即BLE调制特性的测试，后者会支持一些定频，发射功率，连续载波输出等特定输出的RF测试。 发送测试和接收测试的setup分别如下面两图所示。

测试中对应使用的仪器和所需装载的代码笔者做了一个归类和总结，如下，需要在做该项测试时随时更改相应的芯片固件。

误区4：RX测试时CWM270无法和DUT板子建立连接

这个误区拖累了整个测试过程最长的时间，也是最深的一个坑。 默认的RX测试setup是使用MXG，所以文档建议使用的是conn_test.bin，该设备使用的不是标准的HCI命令。而实际国内客户测试大都是使用R&S CMW270或者CMW500，该仪器采用的是HCI命令，所以需要烧录的软件是hci_bb.bin。 如果在测试时没意识到这个点，照本宣科地按照文档的步骤去烧录MCU端软件，就会引起测试设备无法和客户DUT板正确建立通讯连接，导致测试失败的误区。

误区5：带内功率测试项的波形无法满足实验室要求

默认代码配置的测试pattern码流=125K，速度太低，波形如下图的左侧，中间有个凹槽，不满足测试标准要求，修改测试pattern码流=1M，波形如下图的右侧，可以看到中间的凹槽消失了。

实际上左边的波形也没有错，他很好的诠释了BLE调制1和0的频点，层次性更好。

该问题只在KW36上会有，KW38没有这个问题，因为两者的controller有差异，KW38的配置是正确的。

误区 6：描述每个测试项目应该选用哪一种配置选项不够具体

AN12076注重于描述KW36的RF性能，没有详细描述每个测试项目应该选用哪一种配置选项，以及每个配置项的含义，需要客户花很多时间去摸索，以下简单做了一个总结。

四、总结

本文档简单总结了BLE RF射频测试需要遵循的一些标准规范，重点结合KW36 RF测试过程中客户遇到的误区进行了简单描述和讲解，避免重复踩坑。

审核编辑 ：李倩