מאת: מייק מילהאם, Agilent Technologies. מקמ”שים הינם אחת מאבני הבניין הבסיסיות של מכשירי טלפון ניידים, נקודות גישה לרשתות LAN אלחוטיות ותשתית סלולארית. כיוון שהתקנים אלה מטפלים בקליטה ובשידור פורמטים מרובים של תקשורת אלחוטית, הבדיקה עלולה להיות מורכבת, יקרה וצורכת
זמן רב.
במהלך הבדיקה נודעת חשיבות רבה לכיול המקמ”ש, כיוון שמערכות התקשורת של ימינו מחייבות מדידה מדויקת של הספק המבוא של המקלט והגדרה מדויקת של הספק המוצא של המשדר. כתוצאה מכך, המהנדסים שמבצעים את בדיקות המקמ”שים תרים אחר פתרונות, שיתמכו ברמת הכיול הנדרשת – והדבר מצריך יכולות כגון סנכרון מדויק בין מחולל האותות הווקטורי (VSG) לבין ההתקן תחת בדיקה (DUT). בנוסף, פתרון הבדיקה צריך להיות מהיר דיו, על מנת להאיץ את התפוקה ובכך להפחית את עלויות הייצור.
בסביבת תחנת הבדיקה, סוג חדש של התקני PXIe VSGs יכול לספק מהירות ותפוקה מוגברת באמצעות יכולות כגון מיתוג מהיר של תדרים ואמפליטודות, ליניאריות אותות והדירות טובה. כדי לתמוך ברמת הכיול הנדרשת, התקני ה-VSG החדשים אף מספקים סנכרון גמיש של תדרים ותזמון.
מאמר זה מספק סקירה כללית של הסוגיות העיקריות הקשורות בבדיקות מקמ”שים שמבוצעות באמצעות מחולל אותות RF. בנוסף, הוא מתאר מגוון יכולות מגבירות תפוקה, שאותן מספקים התקני ה-VSG החדשים.
תיאור הבעיות המרכזיות שמאפיינות את
בדיקת המקמ”שים
משימת הבדיקה של כל מקמ”ש מלווה בשתי בעיות עיקריות: היקף וסנכרון. סוגיית ההיקף נובעת מן המגוון הרחב של תדרי אותות ורמות הספק שאותם יש לבדוק. אלה הופכים בעייתיים כאשר מהירויות המיתוג האיטיות של ה-VSG יוצרות צוואר בקבוק בתהליך הבדיקה.
לסנכרון נודעת חשיבות בשני תחומים – תזמון ותדר. במהלך הבדיקה, פעולות המקמ”ש וה-VSG צריכות להיות מסונכרנות במדויק, על מנת להבטיח אינטראקציה נאותה. יתר על כן, כדי להבטיח שידור וקליטה מוצלחים, ייחוס התדר ב-VSG צריך להיות מסונכרן עם זה של המקמ”ש. הדבר עלול להיות בעייתי במהלך הבדיקה: מקמ”שים מסוימים מתאפיינים בייחוס פנימי של 13, 26 או 52MHz; עם זאת, רוב מכשירי הבדיקה תומכים בסנכרון מול ייחוס של
10MHz בלבד.
להבטיח בדיקה
מהירה יותר
כיול המקמ”ש מהווה חלק חשוב בתהליך הבדיקה. בדרך כלל, כיול המקלט כולל אספקת קלט RF במגוון רחב של תדרים ורמות הספק, ולאחר מכן תיעוד ערך
ה- (receiver signal strength indicator, מד עוצמת האות הנקלט) בכל שלב. כיול זה נוהל בעבר על-ידי תוכנת מערכת הבדיקה, תוך שימוש בלולאות מוטמעות (nested loops), אשר הגדירו את ה-DUT ואת מחולל האותות בסדרת צמדי תדרים/רמות הספק ולאחר מכן קראו מחדש את רמות ה-RSSI המשויכות.
ככל שגבר הצורך במהירות, כך יועדו גם מחוללי האותות לספק זמני מיתוג מהירים יותר. לאורך התהליך, משך זמן תפעול התוכנה המעורבת בבקרת ה-DUT הפכה ל”צוואר בקבוק” אשר האט את תהליך הבדיקה.
כדי להתגבר על בעיה זו, יצרני מקמ”שים רבים פיתחו מצבי בדיקה מיוחדים, אשר אפשרו ל-DUT לקבל פקודה בודדת, שגרמה לו לעבור במחזוריות דרך מספר רב של תדרים ומצבי אמפליטודה ולתעד את רמות ה-RSSI. שיטה זו חייבה את מחולל אותות ה-RF לעבור דרך ערכה תואמת של תדרים ומצבי אמפליטודה, בסנכרון עם ה-DUT. במקרה של מחוללי אותות רבים, הדבר מושג לעתים קרובות באמצעות יכולת שמכונה “מצב רשימה” (List mode).
“מצב הרשימה” מאפשר למשתמש להגדיר מראש מספר רב של מצבי תדר ואמפליטודה, אשר מופקים על בסיס תזמון מוגדר או בתגובה לאות הפעלה חיצוני. כדי לכסות את טווח הדרישות המלא, “מצב הרשימה” נדרש לספק מגוון רב של נקודות, מיתוג מהיר בין נקודות אלה, גמישות בתזמון ובסנכרון וכן יכולת שימוש במגוון צורות גל מאופננות.
סנכרון פעולות וערכי ייחוס של תדרים
הצורך בסנכרון בין המקמ”ש לבין ה-VSGמוכתב על-ידי שני גורמים: בדיקת ה-DUT ב”מצב הרשימה” או במצב פעולה רגיל. בדיקה ב”מצב רשימה” מחייבת סנכרון של הפעולות המבוצעות על-ידי ה-DUT ועל-ידי ה-VSG. בעת בדיקת התקן כלשהו במצב פעולה רגיל, יש צורך לסנכרן את ייחוס התדר של ה-VSG ולהתאימו לזה של ה-DUT.
עבודה ב”מצב רשימה”
רוב מצבי הרשימה עושים שימוש בשני סוגי סנכרון: unified triggering (הפעלה מאוחדת) ו-point-by-point handshaking. במסגרת השיטה הראשונה, trigger יחיד מפעיל את הרשימה ב-DUT וב-VSG ובשני המקרים התזמון מופעל באמצעות ה-trigger. במצב זה חשוב מאוד לתזמן כל אחד משלבי הרשימה במדויק ביחס לאירוע ההפעלה הראשוני. אם התחלתה של נקודה N מתוזמנת מתחילתה של נקודה N-1, שגיאות התזמון הקטנות עלולות להצטבר ובסופו של דבר לגרום לאובדן הסנכרון בין ה-DUT לבין ה-VSG.
השיטה האחרת עושה שימוש ב-“handshaking”, נקודה אחר נקודה, בין ה-VSG לבין ה-DUT או נתח האותות. במקרה זה, עם קבלת trigger כניסה, ה-VSG יתכוונן לנקודה ספציפית. כאשר מוצא ה-VSG מתקבע על ערך זה, הוא שולח trigger ל-DUT או לנתח וה-trigger בתורו מפעיל את המדידה בנקודה זו. בסיום המדידה, ה-DUT או הנתח משדרים trigger אשר גורם ל-VSG להתקדם לנקודה הבאה. תהליך handshaking חוזר על עצמו עד לכיסוי הרשימה כולה.
שיטת handshaking יכולה להיות שימושית כאשר לא ניתן לקבוע מראש ובמדויק את זמן המדידה של ה-DUT או של נתח האותות. בצד החיובי, גישה זו יכולה לספק תפוקה מהירה יותר, שכן הצורך בהכללת זמן שמירה ברשימות הוא מזערי או אפסי. מצד אחר, גישה זו מחייבת שני חיבורי trigger ייעודיים – קלט ופלט – ב-DUT, בנתח האותות וב-VSG.
עבודה במצב פעולה – (operational mode)
מקמ”שים מושלמים, כגון מכשירי טלפון ניידים או תחנות בסיס מסוג picocell או femtocell נבדקים לעתים קרובות במצב פעולה. בדרך כלל, הדבר מבוצע כאשר במקמ”ש נמצאת תוכנת ההפעלה, או גרסה מיוחדת של התוכנה, שעברה שינוי קל לצורך תמיכה בבדיקות.
מבחינת ה-VSG, ההשלכות תלויות בסוג ההתקן שנבדק. במקרה של טלפונים ניידים, ה-DUT יסתנכרן בהתאם לתזמון ולתדר של ה-VSG. במקרים אלה, תזמון צורת הגל שב-VSG נשאר קבוע גם נוכח שינויים החלים בתדרים, באמפליטודה או בצורת הגל. אם ה-VSG אינו מצליח לשמר קשרי גומלין אלה בתזמון, ה-DUT יצריך סנכרון מחדש מול ה-VSG ופעולה זו עשויה לצרוך זמן רב.
בעת בדיקה של תחנות מסוג picocell או femtocell במצב פעולה, דרישות הסנכרון מאתגרות יותר, כיוון שהתחנה היא ה-master של המערכת מבחינת התדר והתזמון. במהלך הבדיקה, ה-VSG חייב להיות מסונכרן עם ערכי הייחוס של התדר ושל התזמון שב-DUT.
עבור סנכרון תדרים, מקובל לנעול את קלט הייחוס של ה-VSG למתנד שבתוך ה-DUT. כפי שצוין לעיל, מקמ”שים אלה משתמשים בדרך כלל בייחוס תדרים פנימי של 13, 26 או 52MHz; עם זאת, רוב מכשירי הבדיקה משתמשים בייחוס תדרים של 10MHz. כדי לתת מענה לצורך זה, ה-VSG צריך להיות מסוגל להינעל על תדר כניסה שניתן לבחירה והנו נמוך יותר או גבוה יותר מ-10MHz.
עבור סנכרון תזמון, ה-DUT מפיק בדרך כלל פולס trigger שתואם ל-frame boundary של פורמט התקשורת האלחוטית שנמצא בבדיקה (לדוגמה, W-CDMA או LTE). כדי לאפשר ל-DUT לבצע שחזור של אות הקלט, ה-VSG נדרש להתחיל בהפעלת צורת הגל המאופננת בהתאמה ל-trigger של ה-Frame. ברוב המקרים, שגיאת התזמון צריכה לנוע בטווח של ±2µs.
הגדלת תפוקת הבדיקה ושיפור איכותה
הסוג החדש של מכשירי PXIe VSG כולל תכונות ייחודיות, אשר מספקות את היכולות הבאות:
• “מצב רשימה” (List mode) הכולל עד 3,200 שלבים
• מיתוג מהיר של התדר ושל האמפליטודה
• סנכרון גמיש של התזמון ושל התדר
שימוש ב”מצב רשימה” ומיתוג מהיר
ניתן לייצר רשימות באמצעות ממשק התכנות הרגיל, המאפשר מעברים מהירים בין המצב המתוכנת לבין מצב הרשימה.
התקני ה-VSG החדשים אף מספקים מגוון מצבים עבור מיתוג תדרים ואמפליטודות. לדוגמה, מצב הכוונון המסורתי של אמפליטודות ותדרי RF יכול לספק step time מינימאלי הפחות מ-250µs במצב רשימה (איור 1). שינויי תדר אלה יכולים להתקיים לרוחב טווח התדרים והאמפליטודות המלא של ה-VSG.
טכנולוגיה חדשנית של כוונון baseband offset tuning מאפשרת להגיע לזמני מיתוג מהירים בהרבה. יכולת זו תומכת בשינויי תדר למלוא רוחב הפס של המאפנן, כמו גם בשינויי אמפליטודה של עד 20dB, מבלי לפגוע בביצועי האפנון. כתוצאה מכך, ה-step time המינימאלי במצב רשימה יכול להגיע עד ל-10µs בלבד (איור 2).
בנוסף לערכי התדר והאמפליטודה, כל נקודה ברשימה כוללת אירוע סיום, אשר מגדיר את אופן ההתקדמות של הרשימה לנקודה הבאה. אירוע זה יכול להיות מבוסס trigger או מבוסס זמן. אירועי קצה מבוססי trigger תומכים במצב הרשימה המבוסס על handshaking שתואר בסעיף הקודם.
במקרה של אירוע מבוסס זמן, המשתמש יכול לבחור ב-step time הכולל או ב-dwell time, שמוגדר כמשך הזמן שלאחר התקבעות התדר והאמפליטודה של ה-VSG. ה-step time הכולל, שימושי במיוחד במצבים כגון כיול מקמ”שים.
פישוט הסנכרון
לצורך טיפול בתדרי הייחוס האופייניים שבהם נעשה שימוש בסוגים רבים של מקמ”שים, התקני ה-VSG החדשים ומרובי המודולים כוללים מודול גמיש של ייחוס תדרים. כצפוי, המודול כולל ייחוס של 10MHz; עם זאת, הוא יכול לקבל אות ייחוס חיצוני, אשר פועל בכל ערך אפשרי בין 1MHz לבין 110MHz.
ניתן להפעיל את צורת הגל באמצעות כניסה של אותות trigger חיצוניים. הרזולוציה של השהיית ה-trigger שווה להופכי (reciprocal) של קצב הדגימה של נתוני צורת הגל. לדוגמה, רזולוציית ההשהיה של ה-trigger תהיה 65ns עבור אות W-CDMA אופייני. ערך זה ממוקם בבטחה בטווח שגיאות התזמון המותר בעת סנכרון מול תחנת picocell או femtocell, אשר עומד על ±2µs.
ניצול יתרונותיו של הפורמט המודולארי
ממש כפי שהמקמ”שים ממשיכים לדחוס יותר ויותר יכולות בשטח מצומצם יותר, כך מוסיפים גם התקני ה-VSG החדשים לעשות כן. שילוב היכולות שתואר במאמר זה מספק את התפוקה המהירה ביותר, תוך שהוא מאפשר גם בדיקות מורכבות של המקמ”שים שבהם נעשה שימוש במכשירי טלפון ניידים, תחנות בסיס מסוג picocell או femtocell ועוד. על-ידי כך שהם מספקים יכולות אלה בפורמט מודולארי, התקני ה-VSG המבוססים על PXIe תומכים בשני צרכים נוספים: ממדים, משקל ועקבות קטנים יותר עבור תחנות בדיקה, וכן עלות בדיקה כוללת נמוכה יותר.
