无线USB测试系统的应用设计

随着无线 USB 的首次亮相，设计人员质疑开发和生产测试是否符合现实的成本预期。使用专为捕获和分析无线 USB 信号而构建的测试系统可提供全面的测试结果，在预算和时间限制内满足开发和生产需求。

星星现在正对准经过认证的无线 USB。芯片组制造商终于为波段组 6（唯一被普遍认可的波段组）提供硅片，并且开始出现更多参考设计。

经过认证的无线 USB出现在实际应用中只是时间问题。很快，用户只需将数码相机放在台式机或笔记本电脑旁边，按一下按钮即可传输照片。打印机会将文档或电子表格转换为硬拷贝，笔记本电脑和打印机之间没有任何线路。有线 USB现在提供的所有普遍性都将通过无线连接得到进一步增强。

但在设计人员推出香槟之前，他们必须权衡无线 USB 定价与校准和测试成本的现实情况。作为 WiMedia 超宽带 （UWB） 的一个分支，Certified Wireless USB 被要求做很多事情：反映有线 USB 的实用性、低功耗、与其他无线连接模式共存以及低成本。同时，Certified Wireless USB 必须满足一组具有挑战性的参数规范，这也是校准和测试进入等式的地方。

仔细看看这项技术

首先，设计人员应该退后一步，确定他们将使用两个不兼容的无线 USB 版本（WirelessUSB 和Certified Wireless USB）中的哪一个。

WirelessUSB 由赛普拉斯半导体提供支持，是一种使用 2.4 GHz 频段的协议，在 10 m 距离处的最大数据速率为 1 Mbps，在 50 m 处的最大数据速率为 62.5 Kbps。本文将重点介绍由 USB 实施者论坛赞助的认证无线 USB。

经过认证的无线 USB 跨越 3.1-10.6 GHz，分为14 个连续的 528MHz 频段。信号“跳跃”跨越三个相邻频段（称为频段组，覆盖1，584MHz 的频谱），其特点是快速跳跃和短符号时间（242.5 纳秒）。该技术使用多频带正交频分复用 （MB-OFDM），并根据预期的数据速率，使用正交相移键控 （QPSK） 或双载波调制 （DCM），如表1 所示。经认证的无线 USB 可以抽出480 Mbps（最远 3 m）和 110 Mbps（最远 10m）。

表1

三个 528 MHz 频段的频段组具有不同的区域监管约束（见图 1），全球仅授权频段组 6。因此，最新的芯片组很可能集中在第 6 组周围，而第一代芯片组由于在美国的许可而面向第 1 组。

图1

UWB 通用无线电平台支持多种跳频序列，称为时间频率码（TFC），允许设计人员仅使用一个频带或在两个或三个频带之间跳频（参见表 2 中的示例）。

表2

开发和生产测试

开发测试和生产测试之间存在根本区别。在开发过程中，设计人员正在使用组件创建满足标准所有方面的功能，这些组件的最坏情况容差贡献产生的最终结果仍然符合规范。然而，一旦该设计得到验证，设计人员就不再需要像以前那样测试所有相同的设计方面。现在，他们基本上是在试图找出生产错误或有缺陷的组件。

可以说，对于开发而言，设计师是使用一堆通用仪器连接在一起来准确测量必要的参数，还是使用专门为测试无线 USB 而设计的专用系统。

然而，在当今商品化、竞争激烈的电子市场中，时间对于开发和生产来说都是至关重要的。设计必须在数周而不是数月内投入生产，并且一旦设计得到验证，就必须具备大批量生产能力。

在这种情况下，设计人员没有使用临时仪表集群进行生产测试的奢侈。但也有人认为，等待专门构建的测试系统可能会减慢开发速度。

开发测试要求

经过认证的无线 USB 设备发送和接收，这两个功能都需要测试。在发射端，需要对功率电平和设置精度、误差矢量幅度 （EVM）、功率谱密度（针对频谱模板）和频率偏移进行测试。但这仅仅是开始。设计人员还需要测试符号时钟偏移、相位噪声、压缩、幅度和相位平衡、幅度随时间的变化以及本地振荡器泄漏。

进行更详尽测试的原因是确保设备符合所有规格。例如，一个设备很可能在所有方面都正常工作——范围、速度和错误率——但产生高于规定水平的干扰辐射。

在接收端，设计人员希望测试指定误包率 （PER） 下的最小功率灵敏度和

指定 PER 下的最大功率灵敏度。这将显示设备的动态范围是否在规格范围内。但是，同样需要对接收器的相邻信道抑制、交替信道抑制和最大可容忍信号进行更多测试，以确保它 在规范范围内的其他信道的信号电平上不受干扰。

使用通用仪器进行这一级别的开发测试通常涉及一个漫长的过程。这些仪器必须能够准确测量跨越 7.5 GHz 的信号，并且响应速度足够快，以测量快速跳频和短符号。

目前可用的大多数通用仪器都达不到 7.5 GHz 的带宽要求。那些具有足够带宽的通常是价格相匹配的高端系统。另一方面，带有软件控制的矢量信号分析仪的单机测试仪可以设计用于捕获和分析无线 USB 信号，并提供满足开发需求的全面测试结果。开发这种满足认证无线USB 的带宽和速度要求的测试仪本身就有挑战。

生产测试要求

为处理无线 USB 开发测试而构建的测试系统无疑也能够进行生产测试。事实上，测试的总数将大大放宽，因为设计人员不会试图验证设计，而是试图捕捉生产问题。

在这种情况下，发射机测试将涉及校准输出功率、测量 EVM、检查功率谱密度是否在模板范围内，以及（可选）检查频率偏移。

在接收器端，设计人员必须检查指定 PER 下的最小功率灵敏度和指定 PER 下的最大功率灵敏度。这些测试将暴露任何生产缺陷。

原型无线 USB 测试仪

目前，还没有专为无线 USB 开发和生产测试而设计的单盒 EVM 测试仪。然而，这种情况即将改变。

在早些时候在拉斯维加斯举行的消费电子展上，LitePoint 展示了与最新的认证无线 USB 芯片组配对的原型无线 USB 测试系统。该原型捕获芯片组参考设计传输的连续数据包，并显示丰富的一组数据加上信息丰富的图形。被测单元（UUT） 通过其自己的驱动程序软件进行控制，允许波段组、TFC 和连续数据包输出选择。

测试系统由其 GUI 软件控制，提供用户可选择的图形显示和数据列表阵列。设计人员可以选择波段组和捕获模式（单信号或连续）。在单

信号模式下，测试仪捕获一个数据包并显示瞬时读数。在连续捕获中，连续的数据包“快照”显示读数是否相对稳定或被大的随机偏差打断。

一项重要的测试是功率谱密度（如图3 所示），以确保发射信号完全在频谱模板限制范围内。超出频谱模板限制的信号更有可能干扰其他信号。

图 3

前面提到的所有开发和生产测试都可以在很短的时间内完成。设置保持不变，用户只需选择不同的参数和图形视图。信号捕获、后续分析和显示都需要几秒钟才能完成，只需单击一下即可生成所有分析结果。

在不久的将来，至少一个基于 EVM 的单盒测试系统 - LitePoint IQultra - 将完成 beta 测试，并可用于基于 USB 的认证无线设备的快速测试。

审核编辑：郭婷