基于LXI总线的手机电磁兼容自动测试系统研究与开发

LXI 总 线 在 手 机 电 磁 兼 容 性 自 动 测 试 系 统 中 的 应 用 商 高 平 ( 陕 西 海 泰 电 子 有 限 责 任 公 司 电 磁 兼 容 事 业 部 ) 摘 要 : 本 文 论 述 了 基 于 LXI 总 线 的 手 机 电 磁 兼 容 自 动 测 试 系 统 的 系 统 结 构 测 试 系 统 硬 件 平 台 设 计 以 及 软 件 功 能, 对 手 机 音 频 测 试 系 统 进 行 了 介 绍 关 键 词 :LXI 辐 射 抗 扰 音 频 1 LXI 总 线 概 述 LXI(LAN extension for Instrument) 是 一 种 基 于 工 业 标 准 Ethernet( 以 太 网 ) 技 术 的 仪 器 平 台, 为 中 小 型 系 统 提 供 标 准 化 灵 活 性 以 及 高 性 能 而 设 计 LXI 紧 凑 灵 活 的 结 构 高 速 的 I/O 以 及 可 靠 的 测 试 性 能 可 以 满 足 军 事 自 动 化 工 业 医 药 消 费 电 子 等 领 域 研 发 及 制 造 工 程 师 们 的 需 求 LXI 标 准 定 义 了 以 低 成 本 开 放 标 准 LAN(Ethernet) 作 为 系 统 核 心 的 小 型 标 准 化 仪 器 LXI 可 以 在 不 受 高 成 本 和 机 箱 结 构 制 约 的 条 件 下, 提 供 具 有 尺 寸 和 综 合 优 势 的 标 准 化 仪 器 标 准 将 利 用 当 前 以 及 未 来 LAN 的 性 能 优 势 不 断 发 展, 使 其 大 大 超 越 了 传 统 测 试 测 量 仪 器 的 通 讯 性 能 LXI 作 为 以 太 网 技 术 在 测 试 自 动 化 领 域 的 应 用 扩 展, 目 前 正 在 被 绝 大 多 数 仪 器 行 业 的 领 先 厂 商 采 用 LXI 为 高 效 能 的 仪 器 提 供 了 一 个 自 动 测 试 系 统 的 LAN 模 块 式 平 台, 以 替 代 传 统 的 测 试 总 线 技 术, 如 VXI PXI GPIB 等 LXI 是 未 来 的 总 线 技 术 发 展 趋 势 2 手 机 电 磁 兼 容 测 试 系 统 系 统 总 体 设 计 随 着 通 信 技 术 的 迅 速 发 展, 数 字 蜂 窝 通 信 系 统 在 我 国 移 动 通 信 领 域 得 到 了 广 泛 应 用, 据 市 场 调 研 机 构 Gartner 公 布 的 报 告 显 示,2008 年 全 球 预 计 手 机 销 售 量 达 12 亿 部, 而 我 国 占 到 一 成 多 达 1.2 亿 部, 其 中 国 产 手 机 总 销 量 已 经 超 过 5000 万, 但 其 EMC 问 题 也 日 益 突 出 从 我 国 通 信 行 业 的 实 际 出 发, 针 对 数 字 蜂 窝 通 信 系 统 的 移 动 台 及 其 辅 助 设 备 的 EMC, 由 信 息 产 业 部 电 信 研 究 院 提 出, 信 息 产 业 部 通 信 计 量 中 心 起 草 的 YD 1032-2000 900/1800 MHz TDMA 数 字 蜂 窝 移 动 通 信 系 统 电 磁 兼 容 性 限 值 和 测 量 方 法 第 一 部 分 : 移 动 台 及 其 辅 助 设 1

备 于 2000 年 1 月 28 号 由 信 息 产 业 部 发 布, 并 于 同 日 开 始 实 施, 要 求 手 机 只 有 通 过 该 标 准, 才 能 在 中 国 大 陆 销 售 目 前 市 场 上 的 GSM PCS CDMA WCDMA 等 制 式 的 手 机 被 广 泛 使 用 即 将 试 运 行 的 TD-SCDMA 制 式 手 机 也 相 继 面 世, 对 于 不 同 制 式 手 机 的 电 磁 兼 容 性 都 需 按 相 关 标 准 进 行 测 试 随 着 LXI 总 线 技 术 及 其 符 合 该 总 线 规 范 的 C 类 LXI 产 品 的 增 多, 在 EMC 测 试 系 统 中 逐 步 用 LAN 替 代 GPIB 对 仪 器 进 行 控 制 是 今 后 发 展 的 必 然 趋 势 ; 目 前, 在 EMC 测 试 系 统 中 能 提 供 基 于 LAN 的 程 控 功 能 的 仪 器 还 比 较 少, 大 部 分 还 是 提 供 的 GPIB 接 口 有 鉴 于 此, 本 系 统 的 程 控 总 线 采 用 GPIB+LAN 的 混 合 总 线 形 式, 这 样, 既 可 以 满 足 对 传 统 仪 器 的 控 制 要 求 又 可 以 兼 容 逐 步 增 多 的 LXI/C 类 仪 器, 提 高 系 统 的 总 线 兼 容 能 力 针 对 目 前 市 场 上 各 类 制 式 手 机, 本 测 试 系 统 对 便 携 手 机 的 辐 射 杂 散 骚 扰 辐 射 连 续 骚 扰 以 及 辐 射 抗 扰 度 测 试 进 行 系 统 总 体 设 计, 采 用 LXI 总 线 技 术 切 换 开 关 单 元 实 现 系 统 的 自 动 测 量, 其 总 线 拓 布 见 图 1 图 1 系 统 拓 布 图 计 算 机 的 LAN 口 通 过 LAN 线 与 LAN Router 相 连,LAN Router 与 LAN/GPIB 网 关 之 间 也 通 过 LAN 线 相 连 ;GPIB 仪 器 的 GPIB 口 通 过 GPIB 线 缆 与 LAN/GPIB 网 关 相 连 ;LXI/C 类 仪 器 的 LAN 口 通 过 LAN 线 直 接 与 LAN Router 相 连 ; LAN Router 与 计 算 机 放 在 控 制 室, 在 控 制 室 功 放 室 与 暗 室 内 分 别 配 置 一 台 LAN/GPIB 网 关 来 实 现 总 线 的 转 换 3 测 试 系 统 硬 件 设 计 针 对 手 机 的 辐 射 杂 散 骚 扰 测 试 连 续 骚 扰 测 试 以 及 抗 扰 度 测 试 功 能 分 析, 系 统 硬 件 主 要 2

包 括 基 站 模 拟 子 系 统, 完 成 实 际 通 信 中 基 站 的 功 能, 即 与 手 机 建 立 连 接 并 能 控 制 手 机 的 通 信 状 态, 系 统 可 配 置 Agilent 8960 或 者 R&S CMU200 综 合 测 试 仪 ; 置 换 法 子 系 统, 按 照 标 准 对 手 机 辐 射 杂 散 骚 扰 测 试 采 用 置 换 法 测 试, 用 于 将 接 收 到 的 骚 扰 值 还 原 为 手 机 的 发 射 值, 其 中 包 括 信 号 源 发 射 天 线 以 及 电 缆 ; 音 频 监 测 子 系 统, 基 本 功 能 是 测 试 前 的 通 信 系 统 上 下 行 音 频 测 试 和 测 试 中 的 上 行 音 频 等 级 监 测, 系 统 配 置 B&K 公 司 的 3560C 音 频 分 析 仪, 可 与 综 合 测 试 仪 音 频 输 出 接 口 连 接 ; 其 他 还 有 骚 扰 采 集 子 系 统, 抗 扰 子 系 统, 数 据 处 理 子 系 统, 切 换 单 元 子 系 统 等 部 分 辐 射 杂 散 骚 扰 主 要 是 在 专 用 模 式 下 测 量 从 手 机 产 品 机 壳 发 出 的 杂 散 骚 扰 信 号, 当 然 也 包 括 由 于 发 射 机 引 起 的 杂 散 骚 扰 在 空 闲 模 式 下, 测 试 其 机 壳 和 内 部 结 构 以 及 内 部 连 接 电 缆 所 发 射 的 杂 散 骚 扰 信 号 考 虑 到 不 同 制 式 的 手 机 频 率 不 尽 相 同, 频 率 范 围 80MHz~12.75GHz, 故 根 据 测 量 频 率 通 过 切 换 单 元 自 动 切 换 接 收 天 线, 测 量 前 按 相 关 标 准 对 手 机 进 行 初 始 化 测 量 如 图 2 所 示 图 2 手 机 辐 射 杂 散 骚 扰 测 量 示 意 图 辐 射 杂 散 骚 扰 的 功 率 电 平 是 通 过 置 换 测 试 法 来 确 定 的, 用 电 波 暗 室 预 校 正 器 置 换 手 机 来 进 行 发 射 即 用 信 号 源 加 发 射 天 线 代 替 手 机, 使 辐 射 杂 散 骚 扰 测 试 接 收 机 得 到 相 同 的 功 率 响 应, 则 此 时 预 校 正 器 发 射 的 功 率 就 是 手 机 辐 射 杂 散 骚 扰 的 功 率 电 平 辐 射 连 续 骚 扰 的 测 试 对 象 是 手 机 和 其 辅 助 设 备 ( 充 电 器 ), 测 试 它 们 从 机 壳 发 出 的 杂 散 骚 扰 信 号 该 测 试 项 的 测 试 频 段 远 远 小 于 辐 射 杂 散 骚 扰 的 频 段 测 试 相 对 比 较 简 单, 测 试 布 置 及 硬 件 配 置 类 似 于 辐 射 杂 散 骚 扰 测 试 辐 射 抗 扰 度 测 试 手 机 机 壳 端 口 辐 射 骚 扰 抗 扰 度 这 项 测 试 考 核 手 机 对 辐 射 电 磁 场 的 承 受 能 力, 观 其 是 否 出 现 性 能 降 低 或 故 障 辐 射 抗 扰 度 测 试 中, 手 机 正 常 通 信 状 态 下, 发 射 天 线 在 相 应 的 测 试 频 段 内 辐 射 一 定 的 场 强 ( 满 足 标 准 规 定 的 3V/m, 距 离 3m), 通 过 音 频 测 试 仪 监 测 手 机 的 音 频 等 级, 判 断 手 机 终 端 的 EMC 性 能 是 否 合 格 其 辐 射 抗 扰 度 测 试 音 频 校 准 测 3

试 如 图 3 所 示, 音 频 测 试 如 图 4 所 示, 测 量 应 在 半 暗 室 中 进 行 注 : 上 行 链 路 校 准 时,EUT 在 图 示 位 置 ; 下 行 链 路 校 准 时, 无 EUT 图 3 辐 射 抗 扰 度 音 频 校 准 测 试 图 辐 射 抗 扰 度 测 试 根 据 制 式 不 同, 其 频 率 范 围 为 80MHz~6GHz 之 间, 需 要 配 置 三 台 功 率 放 大 器 以 及 两 套 发 射 天 线, 通 过 切 换 单 元 实 现 自 动 控 制, 采 用 场 强 探 头 监 测 场 强 大 小, 音 频 分 析 仪 分 析 从 综 合 测 试 仪 和 耳 模 拟 器 输 出 并 通 过 滤 波 器 所 采 集 的 信 号, 以 评 估 手 机 的 收 信 质 量 图 4 辐 射 抗 扰 度 测 试 图 音 频 系 统 选 用 丹 麦 B&K 公 司 的 专 用 音 频 设 备 B&K 公 司 是 世 界 一 流 的 声 学 测 试 仪 器 设 备 供 应 商 手 机 测 试 中 该 系 统 配 置 包 括 : 便 携 式 音 频 测 试 系 统 3560C; 电 话 测 试 头 4602B ( 含 嘴 模 拟 器 4227, 耳 模 拟 器 4185, 声 压 校 准 4231); 音 频 放 大 器 2716C; 含 有 两 个 通 道 滤 波 作 用 的 麦 克 风 放 大 器 2690 2690 的 1 通 道 对 麦 克 风 的 音 频 信 号 进 行 放 大 并 滤 波, 后 进 入 音 频 分 析 仪 3650C 进 行 分 析 处 理,2 通 道 对 由 综 合 测 试 仪 发 出 的 音 频 信 号 进 行 滤 波 后 进 入 音 频 分 析 仪 3650C 进 行 分 析 处 理 音 频 测 试 系 统 3560C 通 过 LAN 与 计 算 机 通 信, 进 行 数 据 交 换 信 号 处 理 部 分 主 要 是 由 音 频 测 试 系 统 3560C 来 完 成,3560C 也 可 对 被 测 体 产 生 测 试 信 号 对 于 不 同 的 暗 室 结 构, 应 考 虑 音 频 分 析 系 统 各 部 件 之 间 的 合 理 布 局 如 音 频 放 大 器 2716C 放 于 暗 室, 主 要 用 于 在 音 频 校 准 时, 测 试 下 行 链 路 和 上 行 链 路 的 语 音 输 出 信 号 的 参 考 电 平, 通 过 音 频 放 大 利 用 嘴 模 4

拟 器 4227 在 ERP( 耳 参 考 点 ) 处 发 1kHz 时 0dBPa 的 音 频 信 号 和 在 MRP( 嘴 参 考 点 ) 处 发 1kHz 时 -5dBPa 的 音 频 信 号 耳 参 考 点 是 指 在 收 听 人 耳 朵 的 耳 道 入 口 处 定 位 的 一 点, 嘴 参 考 点 是 指 在 人 工 嘴 的 唇 位 轴 向 正 前 方 25mm 处 的 点 4 测 试 系 统 软 件 设 计 软 件 是 手 机 测 试 的 重 要 组 成 部 分, 根 据 对 硬 件 的 分 析, 除 了 基 站 模 拟 子 系 统 外, 其 他 均 与 软 件 有 关 系 基 站 模 拟 子 系 统 主 要 通 过 天 线 与 手 机 建 立 通 信 连 接, 不 涉 及 对 信 号 的 数 字 处 理, 所 以 不 需 要 设 计 软 件 系 统 自 主 开 发 的 手 机 EMC 测 试 软 件, 中 文 软 件 界 面, 操 作 简 单 ; 可 对 主 要 的 测 试 仪 器 实 现 软 件 控 制, 仪 器 的 设 置 和 操 作 通 过 软 件 在 控 制 室 的 专 用 控 制 设 备 上 实 现 ; 各 测 试 项 之 间 的 转 换 通 过 程 序 自 动 完 成 软 件 可 控 制 频 谱 分 析 仪 信 号 源 综 合 测 试 仪 音 频 分 析 仪 转 台 / 天 线 塔 控 制 器 开 关 单 元, 采 用 IVI 技 术 开 发 控 制 模 块, 可 控 制 不 同 厂 家 的 同 类 测 试 仪 器 ; 测 试 控 制 按 照 不 同 制 式 对 应 标 准 规 定 的 测 试 流 程 进 行 ; 数 据 分 析 包 括 频 点 捕 捉 测 试 曲 线 分 析 和 数 据 导 入 导 出 频 点 捕 捉 主 要 是 对 超 标 点 警 戒 点 以 及 任 意 点 的 捕 捉 : 将 测 试 曲 线 中 的 相 应 频 点 ( 频 率 及 其 幅 值 ) 提 取 出 来 测 试 曲 线 分 析 是 将 测 试 数 据 绘 制 为 频 谱 曲 线 与 相 关 的 限 值 比 较 进 行 合 格 性 分 析 和 处 理 数 据 导 入 导 出 是 将 测 量 曲 线 信 号 列 表 修 正 系 数 导 入 导 出 ; 报 表 处 理 是 将 测 试 设 备 测 试 曲 线 特 殊 频 点 ( 不 合 格 频 点 或 者 其 他 指 定 频 点 ) 等 信 息 形 成 图 文 并 茂 的 报 表 保 存 或 打 印 出 来 5 结 束 语 本 测 试 系 统 按 照 LXI 总 线 控 制 方 式 实 现 各 测 试 项 的 自 动 控 制, 既 节 省 成 本, 又 易 于 系 统 扩 展 及 升 级 采 用 知 名 厂 商 的 硬 件 设 备, 系 统 的 可 靠 性 得 以 保 证 加 之 采 用 IVI 技 术 开 发 的 测 试 软 件, 大 大 提 高 了 测 试 效 率 和 系 统 管 理 能 力 参 考 文 献 [1] YD1032-2000 900/1800MHz TDMA 数 字 蜂 窝 移 动 通 信 系 统 电 磁 兼 容 性 限 值 和 测 量 方 法 第 一 部 分 : 移 动 台 及 其 辅 助 设 备 [2] ETS 300 342-1 Radio Equipment and Systems (RES);ElectroMagnetic Compatibility(EMC) for European digital cellular telecommunications system(gsm900mhz and DCS1800MHz)Part1: 5

Mobile and portable radio and ancillary equipment. [3] 俞 梁 英, 手 机 的 干 扰 测 试, 中 国 科 技 信 息,2006,19 [4] YD/T 1050-2000 800MHz CDMA 数 字 蜂 窝 移 动 通 信 网 设 备 总 测 试 规 范 移 动 台 部 分 [5] GB9254-1998 信 息 技 术 设 备 的 无 线 电 干 扰 极 限 值 和 测 量 方 法 6