摘 要：在虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW下，提出了一種遠(yuǎn)程控制安捷倫頻譜儀和矢量信號分析儀89600實現(xiàn)對數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)射鏈路EVM和ACPR參數(shù)進(jìn)行全自動化掃描的方法。將此方法應(yīng)用到數(shù)字通信集成電路測試系統(tǒng)中，實現(xiàn)了對系統(tǒng)發(fā)射鏈路增益變化對性能參數(shù)影響的快速、高精度評估。對TD-SCDMA系統(tǒng)發(fā)射鏈路的測試結(jié)果表明，此方法較手動測試有著不可比擬的優(yōu)勢，將產(chǎn)品測試效率提高了60%。

關(guān)鍵詞：數(shù)字通信系統(tǒng)；EVM，ACPR；LabVIEW；自動化掃描

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1511703

Fully Automatic Sweep Testing for EVM and ACPR of Digital Telecommunication

Systems Based on LabVIEW

GAO Feng，WANG Zhancang

(School of Electronic Information Control Engineering，Beijing University of Technology，Beijing，100022，China)

Abstract：An approach to implement remote controlled，fully automatic EVM and ACPR sweep testing for transmission link of digital telecommunication systems through Agilent series spectrum analyzer and vector signal analyzer 89600 is proposed.It is based on LabVIEW，a virtual instrument workbench.The proposed scheme is applied to digital telecommunication integrated circuit testing system，and estimation of performance features varying with gain of transmission link are realized with high speed and precision.Product testing results of a TD-SCDMA TX link prove that this scheme can improve testing efficiency by 60% with high accuracy to traditional manual approaches.

Keywords：digital telecommunication system;EVM;ACPR;LabVIEW;automatic sweep

隨著無線數(shù)字通信的迅猛發(fā)展，對于集成電路設(shè)計和測試提出了更多的挑戰(zhàn)。在產(chǎn)品設(shè)計階段，為了保證系統(tǒng)中射頻和基帶芯片的協(xié)同工作能力和兼容性，需要對系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的性能測試。然而，日益復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制技術(shù)常常給面對緊湊的項目期限的設(shè)計團(tuán)隊帶來更多的壓力。所以，設(shè)計人員不僅要在短時間內(nèi)完成系統(tǒng)的測試，還要盡快從測試結(jié)果中推斷出造成問題的可能原因。本文提出一種全自動化的掃描測試方案，可以對數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)射鏈路兩個關(guān)鍵參數(shù)EVM (Error Vector Magnitude)和ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地測量，以便在第一時間找到設(shè)計中問題所在。

1 數(shù)字通信發(fā)射鏈路測試

對于數(shù)字通信系統(tǒng)測試來說，絕大多數(shù)參數(shù)指標(biāo)是在頻域完成的，這就需要通過控制頻譜分析儀和矢量信號分析儀進(jìn)行測量。其中測量數(shù)字調(diào)制的質(zhì)量對于保證數(shù)字通信系統(tǒng)正常工作和信息準(zhǔn)確傳遞有著重要的意義。數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制指標(biāo)主要有EVM，相位誤差，IQ不平衡度等。

EVM是指某一瞬時理想?yún)⒖夹盘柡捅粶y量信號矢量差值的模值。采用安捷倫矢量信號分析儀89600可以提供快速、高分辨率的頻譜測量、解調(diào)和時域分析，來獲得EVM的測量結(jié)果。

ACPR測量的是某一通信頻段主信號能量有多少泄漏到相鄰頻段。它也是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要指標(biāo)，過大的功率泄漏會引起相鄰頻段之間的相互干擾。通常，我們最關(guān)注的是主要頻段的信號功率和鄰近頻段功率的比值，通過控制頻譜分析儀測量獲得。

數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)射鏈路掃描測試是指針對某個參數(shù)，如增益、頻點等的變化評估其對EVM和ACPR的影響。本文以發(fā)射鏈路增益自動功率控制掃描為例進(jìn)行闡述。APC(Automatic Power Control)自動功率控制掃描是對發(fā)射鏈路中功率放大器驅(qū)動和上變頻混頻器的增益進(jìn)行掃描，這些控制位在集成電路中通過特定的寄存器位來進(jìn)行設(shè)置，LabVIEW通過SPI和I2C總線以特定的時序訪問芯片上這些寄存器，實現(xiàn)讀寫控制功能，來改變發(fā)射鏈路增益，掃描測試框圖如圖1所示。

LabVIEW通過GPIB總線對頻譜分析儀進(jìn)行控制測量ACPR；使用ActiveX控件控制安捷倫89600矢量信號分析儀測量EVM參數(shù)。這個實時控制系統(tǒng)可以利用TCP/IP、GPIB協(xié)議功能來完成PC計算機(jī)和儀器間的雙向命令傳送。LabVIEW自動掃描程序前面板如圖2所示。

根據(jù)掃描測試操作順序面板分為兩個部分:左邊是從Excel表格讀入使發(fā)射鏈路功率線形衰減的控制寄存器值;右邊是對儀器參數(shù)進(jìn)行的自定義設(shè)置以保證更高的測量精度。所以，整個LabVIEW程序操作可以分為4部分：從Excel表格中讀取發(fā)射鏈路不同增益衰減情況下的寄存器值；將這些值通過SPI總線寫入芯片相應(yīng)的寄存器中改變發(fā)射鏈路增益(功率)；接著，自動調(diào)整儀器設(shè)置并從中讀取測量參數(shù)EVM和ACP；將測量數(shù)據(jù)結(jié)果實時寫入指定的Excel文件并存儲以便后處理進(jìn)行分析。

ExcelRead.vi實現(xiàn)從打開的Excel文件指定工作表的指定行、列中讀取寄存器預(yù)設(shè)值，并存入到LabVIEW的一個二維數(shù)據(jù)表中緩沖。這樣的好處是可以及時更正APC的預(yù)設(shè)值，使測試靈活。本設(shè)計中這個動作通過圖2中的“從Excel讀取APC數(shù)據(jù)”按鈕進(jìn)行觸發(fā)，使用一個LabVIEW的事件處理結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。

SPIWrite.vi和SPIRead.vi 通過LabVIEW對PC計算機(jī)并行接口進(jìn)行編程，通過SPI三線控制完成和芯片之間的通訊。其中，并行接口控制是通過LabVIEW中的強(qiáng)大的I/O程序模塊為基本操作單元實現(xiàn)的。

2 發(fā)射鏈路EVM自動化掃描

在通過更改寄存器值完成發(fā)射鏈路功率配置后，就需要控制矢量信號分析儀89600調(diào)整儀器設(shè)置，并讀取掃描得到的EVM數(shù)據(jù)。LabVIEW完成對89600初始化后，為保證EVM自動測試精度需要對其做出如下配置，如圖3所示。

首先，要激活89600顯示頻譜圖的Trace B，如圖4所示。并命令其縱軸進(jìn)行自動調(diào)整以保證功率譜在儀器顯示的合適位置上。

接著，激活頻段功率測量模式(BandPower)，按照前面板設(shè)定的“頻帶寬”參數(shù)，對頻段功率的左、右邊界頻率進(jìn)行設(shè)定。這時，LabVIEW就可以通過BandPowerResult屬性節(jié)點準(zhǔn)確讀取載波的的功率。

頻段功率值對于調(diào)整儀器的Range參數(shù)和保證EVM精度有著至關(guān)重要的意義。Range參數(shù)調(diào)整的是儀器中模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digital converter)的輸入信號范圍，其值若是過大必然導(dǎo)致輸入信號的嚴(yán)重失真而使EVM參數(shù)惡化；如果Range值太小則使EVM參數(shù)對于引入噪聲過于敏感，同樣導(dǎo)致不準(zhǔn)確的測試結(jié)果。大量實測結(jié)果表明，當(dāng)Range參數(shù)值的設(shè)定比以上測量得到的頻段功率值大3 dB時，可以保證EVM的精確度。另外，由于LabVIEW編程中頻段功率單位是dBm，而Range參數(shù)單位是電壓峰值Vpk，所以在進(jìn)行自動Range調(diào)整時程序需要通過相應(yīng)算法進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換，如圖3中第2行結(jié)尾的框圖所示。

在完成各種配置之后，就需要讀取EVM等相應(yīng)的測試結(jié)果。這通過臨時建立一個文本文件“TempTable.TXT”讀取89600中Trace D中的測量參數(shù)結(jié)果表格，并將其導(dǎo)入到LabVIEW中存儲為一個數(shù)組變量，要讀取測量參數(shù)只要指明參數(shù)所在的下標(biāo)并讀取參數(shù)即可，如圖3中最后一行框圖所示，下標(biāo)6，8，18分別指向參量參數(shù)EVM、相位誤差、相位誤差峰值。最后通過LabVIEW把數(shù)據(jù)寫入并存儲到到一個CSV數(shù)據(jù)文件中以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

3 發(fā)射鏈路ACPR自動化掃描

測量ACPR之前也同樣需要對發(fā)射鏈路的功率進(jìn)行配置并且手動將頻譜儀調(diào)整到ACP測試模式下。但是不同的是，這個測量需要通過GPIB總線或TCP/IP協(xié)議使用SCPI指令通過VISA接口控制頻譜分析儀進(jìn)行，LabVIEW的框圖如圖5。

程序的最外面是一個While循環(huán)和事件結(jié)構(gòu)用于選擇觸發(fā)哪種測試模式。在ACPR掃描測試模式下，掃描通過For循環(huán)實現(xiàn)，次數(shù)由APC預(yù)定值表格的行數(shù)來確定。一個順序結(jié)構(gòu)被嵌套在For循環(huán)里實現(xiàn)分步驟操作控制，在第0，1幀通過更改芯片寄存器完成了發(fā)射鏈路的功率衰減配置，第2幀實現(xiàn)測量并存儲數(shù)據(jù)。

LabVIEW中實現(xiàn)儀器訪問是通過VISA接口實現(xiàn)的。在指明儀器的地址后，可以通過VISA的寫模塊發(fā)送SCPI指令，而通過讀模塊讀取儀器的反饋信息。

首先，要標(biāo)記載波的峰值功率，圖5中“DISP:WIND:TRAC:Y:RLEV 8”指令將頻譜儀的縱軸的參考功率設(shè)置為8 dBm，這樣可以將頻譜圖壓低在儀器顯示界面中以便與后面的操作：使標(biāo)記Marker1找到頻譜中的峰值，并將其讀取出來。

接著，還需要同樣的命令將縱軸參考功率設(shè)置為－6 dBm，因為在整個掃描的過程中，發(fā)射鏈路的功率由0 dB衰減到-76 dB，在衰減很大的情況下，載波信號幅度已經(jīng)很小，甚至可能被噪底所淹沒，這就需要將整個儀器的頻譜再次提高，以保證儀器ACPR計算的準(zhǔn)確性。

最后，通過“FETC:ACP?”指令將儀器測量結(jié)果存儲到LabVIEW的數(shù)組里面，同樣通過下標(biāo)指向要讀取的參數(shù)并將其存儲的CSV數(shù)據(jù)文件當(dāng)中。

4 測試結(jié)果與分析

通過測試基于RDA8206的TD-SCDMA通信系統(tǒng)發(fā)射鏈路EVM和ACPR驗證了所提出方法的正確性。實測掃描結(jié)果如圖6，圖7所示。

圖6 EVM隨發(fā)射鏈路功率衰減變化圖實例測試表明在發(fā)射鏈路功率衰減到-50 dB時仍能保證調(diào)制質(zhì)量，所以EVM掃描可以直觀的看出數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)射鏈路調(diào)制質(zhì)量惡化情況分析造成問題的原因。

ACPR掃描可以用于分析載波信號功率泄漏相鄰頻段所造成的干擾狀況。本文提出的方法在保證測量精度的條件下，相對手動操作可以將測試效率提高60％，充分發(fā)揮了自動化儀器儀表測試的優(yōu)勢。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡介 高 風(fēng) 男，1958年出生，北京人，教授、研究員級高級工程師。主要從事人工智能軟件和智能控制技術(shù)方向的研究。

王占倉 男，1982年出生，北京人，北京工業(yè)大學(xué)嵌入重點實驗室射頻/模擬集成電路專業(yè)研究生。主要從事數(shù)字通信射頻芯片前端電路及流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計的研究。