一、背景

BLE作為手機(jī)的標(biāo)配，也進(jìn)而帶動(dòng)了周邊設(shè)備的發(fā)展，像TWS耳機(jī)、智能手環(huán)、藍(lán)牙鼠標(biāo)等廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)。

不同廠家設(shè)計(jì)的BLE產(chǎn)品能否兼容，其中非常重要的一個(gè)點(diǎn)就是互操作性。兩個(gè)BLE設(shè)備間能夠可靠穩(wěn)定工作，一方面取決于應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范的兼容，還有一個(gè)特別重要的影響因素就是射頻性能，包括發(fā)射功率、帶內(nèi)功率、調(diào)制一致性、載波頻率偏移和漂移、帶內(nèi)雜散、發(fā)送頻譜密度以及相位噪聲等，其對(duì)用戶的直觀影響就是通訊距離短和是否掉線，進(jìn)而影響用戶體驗(yàn)。

因此在研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)在研產(chǎn)品的射頻性能進(jìn)行測(cè)試，以保證其無(wú)線指標(biāo)符合藍(lán)牙射頻規(guī)范的要求。

同樣對(duì)于恩智浦KW36和KW38系列BLE SOC而言，射頻性能測(cè)試也是非常重要的步驟，AN12076詳細(xì)闡述了KW3x的射頻性能，但在工作中發(fā)現(xiàn)很多客戶在使用過(guò)程中，總會(huì)有遇到很多誤區(qū)，原因有三個(gè)：

首先其沒(méi)有描述詳細(xì)的測(cè)試系統(tǒng)的Setup (如需要下載的軟件，測(cè)試儀器連接，測(cè)試模式選擇，測(cè)試儀器參數(shù)設(shè)置等)，也沒(méi)有詳細(xì)文檔描述每個(gè)測(cè)試項(xiàng)應(yīng)該如何做配置(主要是因?yàn)闇y(cè)試項(xiàng)實(shí)在太多)；

其次AN12076中默認(rèn)使用的測(cè)試設(shè)備是MXG Generator，而國(guó)內(nèi)大部分客戶使用的是CWM-270/500，前者采用的不是標(biāo)準(zhǔn)的HCI命令，所以如果沒(méi)意識(shí)到這個(gè)點(diǎn)，就會(huì)導(dǎo)致通訊無(wú)法建立；

第三就是默認(rèn)代碼配置的測(cè)試pattern碼流的速度太低，不滿足測(cè)試機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

本文結(jié)合實(shí)際支持客戶現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)KW36進(jìn)行RF測(cè)試所遇到的一些誤區(qū)做些經(jīng)驗(yàn)分享，方便快速解決問(wèn)題。

二、藍(lán)牙測(cè)試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試項(xiàng)

在對(duì)KW36 BLE做RF測(cè)試之前，需要事先知道有哪些測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試項(xiàng)，以及每一個(gè)測(cè)試項(xiàng)的含義。

2.1 藍(lán)牙執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：

針對(duì)藍(lán)牙的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要有BQB，F(xiàn)CC，CE, IC，MIC等，其中BQB 是SIG互聯(lián)互通測(cè)試，F(xiàn)CC、IC、MIC則主要是針對(duì)定頻測(cè)試。

BQB：藍(lán)牙產(chǎn)品在產(chǎn)品外觀上標(biāo)明藍(lán)牙標(biāo)志，必須通過(guò)BQB認(rèn)證。

它考察的是產(chǎn)品中的藍(lán)牙是按照符合SIG規(guī)范設(shè)計(jì)出來(lái)的，保證藍(lán)牙設(shè)備互聯(lián)互通。

主要是兩個(gè)大項(xiàng)，一是射頻性能，射頻測(cè)試項(xiàng)目繁多，每個(gè)頻道都要測(cè)，而且是高、低、常溫下重復(fù)測(cè)試。二是profile，按照客戶提交的profile列表來(lái)測(cè)試。

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: 無(wú)線產(chǎn)品進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的要求。主要考察2.4G頻帶的頻譜調(diào)制性能以及對(duì)周圍電磁環(huán)境的影響。

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：無(wú)線產(chǎn)品進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)都要求FCC的認(rèn)可。主要考察的是無(wú)線設(shè)備對(duì)周圍電磁環(huán)境的影響。

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：無(wú)線產(chǎn)品進(jìn)入加拿大和日本市場(chǎng)的要求。

2.2 藍(lán)牙執(zhí)行測(cè)試項(xiàng)：

發(fā)送：發(fā)射功率/帶內(nèi)功率/調(diào)制一致性/載波頻率偏移和漂移/帶內(nèi)雜散/發(fā)送頻譜密度/相位噪聲；

接收：接收靈敏度(1500個(gè)包PER<30.8%), 相鄰?fù)ǖ栏蓴_Rejection，阻塞特性(接收機(jī)在除雜散響應(yīng)或者鄰道頻率干擾信號(hào)下接收正常信號(hào)的能力), 最大輸入電平, RX emission等。

下表是針對(duì)歐標(biāo)和美標(biāo)測(cè)試項(xiàng)的一個(gè)測(cè)試列表，包括測(cè)試項(xiàng)，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)以及PASS/NG的條件，具體每一項(xiàng)含義文中不再展開(kāi)。

三、KW36 RF測(cè)試過(guò)程中遇到的誤區(qū)

誤區(qū)1：射頻測(cè)試是硬件的活，為何還需要特定軟件的配合?

軟件工程師千辛萬(wàn)苦終于把藍(lán)牙產(chǎn)品的軟件設(shè)計(jì)好了，卻被告知還要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行射頻性能測(cè)試，這時(shí)候軟件工程師就會(huì)想這是硬件工程師該做的事，為什么最后SW工程師還要參與呢?

答案是需要的，因?yàn)椴煌臏y(cè)試項(xiàng)需要MCU工作在不同的模式下，需要在測(cè)試過(guò)程中不斷切換裝載的軟件。

誤區(qū)2：DTM測(cè)試和HCI模式測(cè)試的誤區(qū), 軟件需要如何做修改？DTM(Direct Test Mode)直接測(cè)試模式，是SIG聯(lián)盟在藍(lán)牙核心規(guī)范中制定的一種用于藍(lán)牙射頻性能測(cè)試的模式。也就是說(shuō)DTM是藍(lán)牙規(guī)范的一部分，符合藍(lán)牙核心規(guī)范的芯片都能進(jìn)行DTM測(cè)試。 DTM測(cè)試分為發(fā)射測(cè)試和接收測(cè)試，發(fā)射測(cè)試能夠獲得被測(cè)藍(lán)牙產(chǎn)品的發(fā)射功率、頻偏、頻率漂移等; 接收測(cè)試則可以測(cè)試被測(cè)藍(lán)牙產(chǎn)品的接收靈敏度等。 HCI除了支持DTM test的命令外，還支持BLE所有的HCI命令，例如BLE的通訊控制等。 除此之外，DTM測(cè)試無(wú)需下載額外的軟件，只需連接DTM的兩個(gè)引腳。HCI模式需要下載一個(gè)代碼到MCU中，實(shí)現(xiàn)對(duì)controller層的配置以及將另外一個(gè)運(yùn)行BLE stack的Host MCU的HCI命令傳送給controller層。 對(duì)于DTM模式，由于因?yàn)镈TM不是默認(rèn)Pin mux功能，所以實(shí)際上還是需要燒錄一個(gè)軟件配置該引腳功能。也就意味著無(wú)論是DTM模式還是HCI模式都需要根據(jù)硬件去修改軟件(一般測(cè)試工程師意識(shí)不到這個(gè)點(diǎn))。 下圖是FRDM-KW36板子默認(rèn)使用的串口，如果客戶板子硬件有更改，需要對(duì)應(yīng)做修改，對(duì)應(yīng)代碼位于pin_mux.c。

誤區(qū)3：不同測(cè)試項(xiàng)應(yīng)該下載哪個(gè)軟件?

在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中用到的軟件有兩個(gè)：hci_bb.bin和conn_test.bin，前者只支持標(biāo)準(zhǔn)的DTM測(cè)試，即BLE調(diào)制特性的測(cè)試，后者會(huì)支持一些定頻，發(fā)射功率，連續(xù)載波輸出等特定輸出的RF測(cè)試。 發(fā)送測(cè)試和接收測(cè)試的setup分別如下面兩圖所示。

測(cè)試中對(duì)應(yīng)使用的儀器和所需裝載的代碼筆者做了一個(gè)歸類和總結(jié)，如下，需要在做該項(xiàng)測(cè)試時(shí)隨時(shí)更改相應(yīng)的芯片固件。

誤區(qū)4：RX測(cè)試時(shí)CWM270無(wú)法和DUT板子建立連接

這個(gè)誤區(qū)拖累了整個(gè)測(cè)試過(guò)程最長(zhǎng)的時(shí)間，也是最深的一個(gè)坑。 默認(rèn)的RX測(cè)試setup是使用MXG，所以文檔建議使用的是conn_test.bin，該設(shè)備使用的不是標(biāo)準(zhǔn)的HCI命令。而實(shí)際國(guó)內(nèi)客戶測(cè)試大都是使用R&S CMW270或者CMW500，該儀器采用的是HCI命令，所以需要燒錄的軟件是hci_bb.bin。 如果在測(cè)試時(shí)沒(méi)意識(shí)到這個(gè)點(diǎn)，照本宣科地按照文檔的步驟去燒錄MCU端軟件，就會(huì)引起測(cè)試設(shè)備無(wú)法和客戶DUT板正確建立通訊連接，導(dǎo)致測(cè)試失敗的誤區(qū)。

誤區(qū)5：帶內(nèi)功率測(cè)試項(xiàng)的波形無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)室要求

默認(rèn)代碼配置的測(cè)試pattern碼流=125K，速度太低，波形如下圖的左側(cè)，中間有個(gè)凹槽，不滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求，修改測(cè)試pattern碼流=1M，波形如下圖的右側(cè)，可以看到中間的凹槽消失了。

實(shí)際上左邊的波形也沒(méi)有錯(cuò)，他很好的詮釋了BLE調(diào)制1和0的頻點(diǎn)，層次性更好。

該問(wèn)題只在KW36上會(huì)有，KW38沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)閮烧叩腸ontroller有差異，KW38的配置是正確的。

誤區(qū) 6：描述每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目應(yīng)該選用哪一種配置選項(xiàng)不夠具體

AN12076注重于描述KW36的RF性能，沒(méi)有詳細(xì)描述每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目應(yīng)該選用哪一種配置選項(xiàng)，以及每個(gè)配置項(xiàng)的含義，需要客戶花很多時(shí)間去摸索，以下簡(jiǎn)單做了一個(gè)總結(jié)。

四、總結(jié)

本文檔簡(jiǎn)單總結(jié)了BLE RF射頻測(cè)試需要遵循的一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，重點(diǎn)結(jié)合KW36 RF測(cè)試過(guò)程中客戶遇到的誤區(qū)進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述和講解，避免重復(fù)踩坑。

審核編輯 ：李倩