טלפון חכם – אתגרי הבדיקה

ללא ספק, התקדמנו דרך ארוכה מאז השמיע אלכסנדר גרהאם בל את מילותיו המפורסמות “מר ווטסון, גש הנה”, שבישרו את הולדת הטלפון. פשטות השימוש שמאפיינת את מכשירי הטלפון החכמים, מחשבי הלוח והתקנים חכמים נוספים בני זמננו עומדת בסתירה למורכבות המאפיינת את תהליך יצירתו של מכשיר שיכול להתחבר מכל מקום ובכל עת. מצד אחד, כולנו מכירים את המנטרה “מתי אוכל כבר לשדרג”. מצד שני, קצב הייצור המהיר ורחב ההיקף למוצרים אלו מגביר את מורכבות תהליכי הבדיקה של מכשירים ניידים והצריך שינוי בשיטות הבדיקה המסורתיות.

כוחות השוק
במקביל לגידול שחל בביקוש הצרכני למכשירי טלפון סלולארי, כך גבר גם הצורך בקיבולת רשת מוגדלת. מתוקף המרוץ אחר נתחי שוק, מכשירי הטלפון הניידים הפכו ליותר מאשר “טלפונים” בלבד. יכולותיהם של מכשירי הטלפון הסלולארי של היום כוללות שילוב מצלמות איכותיות, הפעלת מוסיקה ווידאו, מסכי מגע ותצוגות בעלות רזולוציה גבוהה (ראה איור 1). לפי ההערכה, המשתמש הממוצע של הטלפון הסלולארי משדרג את המכשיר שברשותו מדי שנתיים ותוך כדי כך משיג יכולות משופרות, שלעתים קרובות אינן קשורות כלל בביצוע ובקבלה של שיחות טלפון. דינמיקה זו הובילה ללחץ מוגבר שנועד לקצר את זמן הפיתוח של המכשירים, מבלי להתפשר על איכות הטלפון.

התפתחות הטכנולוגיה
הצרכן הממוצע אינו מודע כלל ועיקר להתפתחותה של טכנולוגיית ה-RF, אשר אמורה להבטיח כי ההתקנים המדוברים אכן יעמדו בציפיותיו כמשתמש של הטלפון החכם, בכל הנוגע לרמת השירות (ראה איור 2).
כיום, תקן Advanced Carrier Aggregation מהווה את הנדבך הטכנולוגי העדכני ביותר, שמיועד ליצור צינור בעל רוחב פס גבוה יותר בין האינטרנט או “הענן”, והתקנים ניידים (ראה איור 3). טכנולוגיה זו מאפשרת לספק השירות ליטול נתחים רבים יותר מן הספקטרום העומד לרשותו ולצבור אותן במסגרת ערוץ בעל רוחב פס גבוה יותר. טכנולוגיית LTE-Advanced מאפשרת שימוש בעד חמישה נתחים של 20MHz, לצורך יצירת ערוץ אפקטיבי של
100MHz.
צורכי בדיקה חדשים
בין יתר התלונות הנוגעות למכשירי טלפון סלולאריים, נראה כי הטענה המובילה מתמקדת בעיקר בחיי סוללה קצרים. כיוון שתהליך המזעור של מכשירי הטלפון התממש במקביל לדחיסה במכשיר של יותר תכונות זוללות אנרגיה ותצוגות גבוהות רזולוציה, העומס על חיי הסוללה גדל במידה ניכרת. בדיקת חיי הסוללה המתבצעת בשלב התכנון אינה ממוקדת עוד בזמן השיחה בלבד; כיום חשוב יותר לדעת את משך השרידות של הסוללה עבור סוגי משתמשים שונים. בין אם מדובר בבן עשרה, בהורה, באיש עסקים או במשתמש הצורך נתונים כבדים – כל אחד ממשתמשים אלה מתאפיין בפרופיל צריכה שונה עבור נתונים, קול, שימוש בהודעות טקסט וניידות. כל אחד מפרופילים אלה מצריך בדיקה כבר בשלב התכנון, כדי שניתן יהיה לפתור בעיות הקשורות בחיי הסוללה עוד לפני העברת המכשיר לשלב הייצור ההמוני.
בדיקות התאימות מבטיחות את תאימותו של תכנון הטלפון לסטנדרטים שבכפוף אליהם תוכנן. בדיקה זו מבוצעת בשלביו השונים של תהליך התכנון באמצעות ציוד ייעודי, המותאם לבדיקות תאימות וקדם-תאימות, על מנת לוודא גילוי של בעיות שונות וטיפול בהן בשלב מוקדם. בדרך כלל, בסיום שלב התכנון, הטלפון עובר את אישורו של גורם צד שלישי אשר מסמיך אותו כ”עומד בסטנדרטים הנדרשים”.
בסיום בדיקות התאימות, הבדיקות הנדרשות בשלב הייצור מתמקדות בשני תחומי מפתח: כיול סופי של ההתקן ואימות ההתקן. בדיקות אלה מבוצעות לרוחב הגדרות הספק ותצורות ערוצים שונות, עבור ערכה מוגבלת של פריטים מרכזיים:
Channel power –
מאשר כי ההתקן תחת בדיקה (DUT) מצויד בבקרת הספק מדויקת
Occupied bandwidth –
מבטיח כי רוחב פס השידור של ה-DUT מצוי בטווח הנדרש
Adjacent channel leakage power ratio (או ACP, ACLR) –
מאמת כי ה-DUT אינו גורם הפרעות לערוצים סמוכים.
Modulation analysis –
מודד פרמטרים כגון error vector magnitude (), על מנת לוודא כי איכות האות המופק על-ידי ה-DUT אכן עומדת בסטנדרטים שנדרשים עבור הפורמטים הקיימים ב-DUT.
אף על פי שבדיקות אלה אינן צורכות זמן רב כאשר הן מבוצעות בנפרד, הרי שמשך הזמן מתארך כאשר הן מוכפלות במספר הפורמטים והערוצים (או תחומי התדרים) שדורשים בדיקה. השימוש בתהליך בדיקת הייצור החדשני ביותר, המבוסס על non-signaling (ראה איור 4) מונע כמעט את כל התקורה המשויכת לביצוע השיחה והכנסת שינויי מצבים על בסיס פקודות שמועברות מתחנת הבסיס (BTS). לעומת טכניקות בדיקה קודמות, החיסכון בזמן שהושג איפשר בדיקה של התקנים מורכבים יותר תוך השפעה מזערית על היקף הייצור. יתרון נוסף של בדיקת ה-non-signaling טמון בעובדה, כי היא מצריכה ציוד בדיקה זול בהרבה, כיוון שאין כל צורך לשכפל את הפונקציונליות של ה-BTS.
גם בדיקת הפונקציונליות החדשה של מכשירי הטלפון, כגון ®Bluetooth ו-WLAN, משפיעה על משך הבדיקה. יישומי בדיקה נפרדים מאפשרים ליצרנים לבחור במודולים הדרושים להם לצורך בדיקה יעילה של הפונקציונליות הנחוצה בלבד. הוספת יישומי בדיקה תתאפשר בקלות בעתיד, במקביל להתרחבות צורכי הבדיקה.
על מנת להבטיח את נצילות הבדיקה, יש למזער או לבטל כליל את פרקי הזמן שאינם מוקדשים לבדיקה. פתרונות בדיקה מסוג non-signaling עם יישומים המותאמים אישית לטכנולוגיה ומספקים יכולת (single acquisition multiple measurement) מסייעים להשגת יעד זה. בדיקה מסוג non-signaling מציבה דרישת מפתח אחת: היא מצריכה שליטה ישירה ב-DUT.
במקרים שבהם המודול האלחוטי שבו נעשה שימוש בהתקן האלחוטי תוכנן ויוצר על-ידי גורם צד שלישי, חשוב לגשת לרמה המתאימה בהתקן, על מנת שניתן יהיה להפיק תועלת מיתרונות החיסכון בזמן ובעלות שמאפיינים את בדיקת ה-non-signaling. ספקים של בדיקות מסוג זה מקיימים לרוב שיתוף פעולה הדוק עם יצרני chipsets, במטרה להבטיח כי ציוד הבדיקה שלהם ייתמך על-ידי ערכת הכלים של ספקי קבוצת השבבים. לחילופין, במקרים מסוימים יצרן ציוד הבדיקה מספק ערכת כלים על מנת לאפשר את השליטה הנדרשת בקבוצת השבבים.

משך חיי הפתרון
בעת שההתקנים ממשיכים להתקדם בזכות טכניקות כגון carrier aggregation עבור LTE-Advanced ופורמטים נוספים כגון מקלטיWireless LAN (WLAN) , Bluetooth ו-GNSS, אתגרי הבדיקה מוסיפים אף הם להתעצם. טכניקות בדיקה שמתאפיינות בקצבים מהירים צפויות למזער את התארכות זמני הבדיקה ואף לקצרם, וזאת על-ידי טעינת שגרות בדיקה מורכבות רבות יותר לתוך ה-DUTs ולכידתם במהירות באמצעות התקן בדיקה מהיר. בנוסף, בדיקה של גלי נושא מרובים, בין אם באופן רציף או במקביל, וכן בדיקה של התקני (multiple input-multiple output) מרובים ממשיכה לאתגר את היצרנים, אשר שואפים להוציא לשוק מוצרים איכותיים בהיקפים גדולים. בגין שינויים אלה, יצרני ההתקנים החכמים ימשיכו ויידרשו להשיג יעדים מורכבים יותר תוך עמידה בלוחות זמנים קצרים יותר.
על מנת שיוכלו לעשות כל זאת בצורה יעילה גם בעתיד, היצרנים צריכים להיות מסוגלים לסמוך על פתרונות בדיקה מדרגיים, שמספקים את המהירות, הדיוק והצפיפות (מספר טסטרים שווי ערך בעקבה נתונה) אשר מאפשרים להשלים את ייצור המוצרים החדשים במהירות ובסופו של דבר מבטיחים חיסכון בשלב הייצור ההמוני. מאפיינים רצויים נוספים של פתרונות הבדיקה כוללים מהירות גולמית ויכולת ריצוף מתקדמת של הבדיקה, אשר יאפשרו לעמוד ביכולות גבוהות המהירות שמובנות בהתקנים המתפתחים.
פתרון בדיקה טוב הוא כזה שבנוי על בסיס ארכיטקטורה מודולארית, כגון אותם טסטרים שעושים שימוש בהרחבות PCI עבור המכשור (PXI) (ראה איור 5). פתרון מבוסס PXI מאפשר שדרוג בלתי תלוי של טכנולוגיית המחשב ומכשור ה-RF בעת הצורך, שכן כל אחת מטכנולוגיות אלה מתקדמת בדרך כלל בקצב שונה. פתרון בדיקה מלא הנו קריטי גם בסביבת הייצור. מערכת בדיקה משולבת, אשר משלבת את יתרונות ה-PXI והמודולאריות עם חיבורים עמידים וייעודיים (בדרך כלל type-N) ופלטפורמת תוכנה מלאה, מהווה פתרון ראוי שצפוי להתפתח במקביל לצורכי הבדיקה המשתנים של ההתקנים של מחר, אשר עתידים להפוך חכמים ומורכבים יותר.

סיום
בדיוק כפי שמכשירי הטלפון החכמים של היום אינם דומים ולו במעט לטלפון של אלכסנדר גרהאם בל, כך אין לדעת לאן תוביל ההתפתחות המתמשכת של התקנים חכמים אלה. אנו כן יודעים בוודאות כי הביקוש לקיבולת רשת ימשיך לגדול, כי זמני הפיתוח של המכשירים החדשים ימשיכו להתקצר וכי השמירה על איכויות גבוהות תמשיך לקדם מורכבות נוספת של התקנים אלה – וכמו כן, כי כל אלה ימשיכו להיות נסתרים מעיני המשתמשים. טכניקות הבדיקה ופתרונות הבדיקה ימשיכו להתפתח, על מנת להבטיח כי המפתחים והיצרנים של ההתקנים החכמים יצליחו לקצר את זמני הפיתוח ולעבור במהירות לייצור בהיקפים גדולים, על מנת שצרכני ההתקנים יוכלו לקבל את המוצר האיכותי הדרוש להם, במועד שבו הוא נדרש.