许多产品厂家直接购买已经获得蓝牙认证的蓝牙芯片或模块,进而开发蓝牙产品,单很多原因都会导致蓝牙最终产品的射频性能发生变化,因此在研发和生产过程中必须对该产品的射频性能进行测试,以保证其无线指标符合蓝牙射频规范的要求。
 
Bluetooth SIG 的蓝牙测试规范定义了蓝牙无线测试指标及其测试方法。蓝牙无线测试配置包括一台测试仪和被测设备 DUT,两者之间可以通过射频线相连也可以通过天线耦合进行测试。测试仪发送指令激活 DUT 进入测试模式,并对测试仪与 DUT 之间的蓝牙链路的一些参数进行配置。如测试方式是环回还是发送方式,是否需要进行跳频,分组是单时隙分组还是多时隙分组 。
 
在测试之前,需要针对蓝牙版本及具体支持的蓝牙技术来选择测试项目。本篇针对经典蓝牙技术(BR/EDR)的射频测试项目做解读,关于蓝牙低功耗 BLE 部分的测试项目会在之后的文章内解读。
 
 
针对经典蓝牙(BR/EDR)与蓝牙低功耗(BLE),蓝牙 SIG 组织采用了不同的射频测试规范来定义其测试要求。本篇参照最新的 RF.TS.5.0.1 标准(如需下载测试标准,请留言留下邮件地址)。
 
 
>>>经典蓝牙(BR/EDR)射频 TX 发射测试项目<<<
 
 
>>>经典蓝牙(BR/EDR)射频 RX 接收测试项目<<<
 
 

 

RF/TRM/CA/BV-01-C 
 
输出功率 
 
Output Power
 
测试目的:
 
验证 DUT 的最大峰值射频输出功率与平均射频输出功率。
 
测试通过标准:
 
平均等效全向辐射功率 PAV EIRP 小于 100 mW (20 dBm)。对应待测设备所支持的所有功率等级,平均输出功率 PAV 应满足以下条件:
 
 
 
RF/TRM/CA/BV-02-C 
 
功率密度
 
Power Density
 
测试目的:
 
验证最大射频输出功率密度。最大射频输出功率密度是 DUT 在指定的工作带宽内的最大发射功率。
 
测试通过标准:
 
功率密度应小于 100 mW (20dBm) /100 kHz EIRP。
 
RF/TRM/CA/BV-03-C 
 
功率控制
 
Power Contorl
 
测试目的:
 
验证发射功率控制能力。利用该特性,如果接收到的信号特性与当前蓝牙设备的优选值相差太大,则设备可以请求增加或减少其他设备的发送功率。功率调整请求可以在成功的基带寻呼过程之后随时进行。
 
测试通过标准:
 
测试预期结果是指步长和最小输出功率。后者取决于 DUT 的功率等级。功率控制的步长应大于 2 dB、小于 8 dB。对于功率等级 Class 1 的设备:在最小功率台阶时平均功率应小于 4 dBm。
 
 
RF/TRM/CA/BV-04-C 
 
发射输出频谱 – 频率范围
 
TX Output Spectrum - Frequency range
 
测试目的:
 
验证在工作频率范围内的发射是否在限度之内。频率范围的定义是指在该频率范围内 DUT 的功率密度在一个指定值之上。
 
测试通过标准:
 
当 DUT 工作在最低频点时,找到功率密度下降为 -80 dBm/Hz 时的频点 fL;当 DUT 工作在最高频点时,找到功率密度下降为 -80 dBm/Hz 时的频点 fH。要求 fL、fH 位于 2.4~2.4835 GHz 范围内。
 
RF/TRM/CA/BV-05-C 
 
发射输出频谱 – 20 dB 带宽
 
TX Output Spectrum - 20 dB Bandwidth
 
测试目的:
 
验证在工作频率范围内的发射是否在限度之内。20 dB 带宽的定义是指在该频率范围之外 DUT 的信号功率比信号峰值功率下降至少 20 dB。
 
测试通过标准:
 
找到对应最大功率的频点,并且找到其左右两侧对应功率下降 20 dB 时的 fL 和 fH,20 dB 带宽 Df = | fH - fL |,如果最大功率大于等于 0 dBm,要求 Df 小于 1 MHz;如果最大功率低于 0 dBm,要求 Df 小于 1.5 MHz。
 
RF/TRM/CA/BV-06-C 
 
发射输出频谱 – 邻信道功率
 
TX Output Spectrum - Adjacent channel power
 
测试目的:
 
验证在工作频率范围内的发射是否在限度之内。相邻信道功率是当 DUT 在相邻的信道发送信号时,在蓝牙频率范围内的 1 个 1 MHz 信道内测得功率的总和。
 
测试通过标准:
 
要求相邻第 2 信道的泄漏功率小于 -20 dBm,相邻第 3 信道及其以上信道的泄漏功率小于 -40 dBm。
 
 
RF/TRM/CA/BV-07-C 
 
调制特性
 
Modulation Characteristics
 
测试目的:
 
调制指数的验证。在蓝牙消息中,正频偏表示为二进制的 1,负频偏表示二进制的 0。频率偏差被称为蓝牙系统的调制特性。
 
测试通过标准:
 
测试仪以所支持的最大分组长度发送数据序列 11110000,并对 DUT 回送的序列计算频率偏差的峰值和均值,分别记为 Df1max 和 Df1avg。测试仪以所支持的最大分组长度发送数据序列 10101010,并对 DUT 回送的序列计算频率偏差的峰值和均值,分别记为 Df2max 和 Df2avg,要求满足以下条件:对应于 11110000 的平均频率偏差(Df1avg)必须在 140kHz 与 175kH 之间,至少 99.9%的对应于 01010101 的最大频率偏差(Df2max)必须大于 115 kHz, Df2avg 与 Df1avg 之比应大于等于 0.8。
 
 
 

 

RF/TRM/CA/BV-08-C 
 
初始载波频率容限
 
Initial Carrier Frequency Tolerance
 
测试目的:
 
验证发射机载波频率的精度。在现代设计中,初始载频误差测量晶体振荡器的精度,并对星座产生影响。
 
测试通过标准:
 
测试仪根据 4 个前导码来计算信号的实际载波频率,要求与标称工作频率的差小于 75kHz。
 
RF/TRM/CA/BV-09-C 
 
载波频率漂移
 
Carrier Frequency Drift
 
测试目的:
 
分组数据内发射机中心频率漂移的验证。
 
测试通过标准:
 
按照一个数据分组内时隙的个数,对应的载波频率漂移上限如下表。此外允许最大漂移速率是 400 Hz/μs (20 kHz/50μs)。
 
 
 
RF/TRM/CA/BV-10-C 
 
EDR 相对发射功率
 
EDR Relative Transmit Power
 
测试目的:
 
这个测试是确保一个 EDR 数据分组在 GFSK 频率调制和 DPSK 相位调制下的平均发射功率的差别在一个可以接受的范围内。
 
测试通过标准:
 
GFSK 部分(发送接入码与 Header 期间)的平均功率被注为 PGFSK,DPSK 部分(发送同步序列与负载数据)的平均功率被注为 PDPSK ,这 2 者之间要满足:(PGFSK -4 dB)< PDPSK < (PGFSK +1 dB)。
 
RF/TRM/CA/BV-11-C 
 
EDR 载频稳定性与调制精度
 
EDR Carrier Frequency Stability & Modulation Accuracy
 
测试目的:
 
载波频率稳定度测量对初始载波频率误差进行校正后的每个分组的 EDR 部分的发射机载波频率的综合误差和漂移。它通常表示为“ω0”。初始载波频率误差是在任何分组信息传输之前载波频率精度的量度。它通常表示为“ωi”。差分误差矢量是向量之间的差,这些向量表示发送信号的连续符号,通过指定的测量滤波器传递,以最佳采样相位的码元速率采样,并对载波频率误差和理想载波相位变化进行补偿。差分误差矢量幅度(DEVM)是归一化误差向量的幅度。发射机调制精度由以下 3 个 DEVM 值来描述:Peak DEVM,RMS DEVM 和 99% DEVM。
 
测试通过标准:
 
载波频率稳定度ω0 不超过± 10 kHz。初始载波频率误差ωi 不超过± 75 kHz。载波频率稳定度ω0 与初始载波频率误差ωi 的总和不超过± 75 kHz。
 
 
 
差分误差矢量幅度(DEVM)的最大值要求如下:
 
 
RF/TRM/CA/BV-12-C 
 
EDR 差分相位编码
 
EDR Differential Phase Encoding
 
测试目的:
 
验证调制器正确地对差分相位数据进行编码。在 EDR 模式,差分 PSK 调制器被用于将二进制数据流映射到在复变量平面的一组指定的相位角。差分相位编码参数描述了 PSK 调制器的性能。
 
测试通过标准:
 
按照测试规范的流程,此测试的预期结果是,99%的数据包将没有检测到的错误。
 
RF/TRM/CA/BV-13-C 
 
EDR 带内杂散发射
 
EDR In-band Spurious Emissions
 
测试目的:
 
带内杂散发射是当 DUT 在相邻的信道发送信号时一个信道的每 500 kHz 带宽上的功率总和。 
 
测试通过标准:
 
EDR 带内杂散发射必须至少比最大功率测量结果(离开载频最大 500kHz)低 26 分贝。结合邻道功率的要求,对带内杂散发射的要求定义了所谓的 EDR 蓝牙信号发射机频谱模板遮罩,如图所示。
 
 

 

RF/TRM/CA/BV-14-C 
 
增强功率控制
 
Enhanced Power Control
 
测试目的:
 
验证发射增强功率控制。
 
测试通过标准:
 
- 对于所有支持的调制方式要求的增强功率控制的步长应大于 2 dB、小于 8 dB。
 
- 在每个测量流程阶段,支持的调制方式的 GFSK Headers 之间的功率差应在 10dB 以内。
 
- 对于功率等级 Class 1 的设备:在最小功率台阶时平均功率应小于 4 dBm。
 
- 当 DUT 已上报了每个支持调制方式的最大功率,在测量流程 e 阶段每个支持的调制方式的测试开始时最大功率应该与测试序列结束时测量功率值差小于+/- 3dB。
 
RF/TRM/CA/BV-15-C 
 
EDR 保护时间
 
EDR Guard Time
 
测试目的:
 
验证基础速率数据分组包头部与增强速率同步序列之间的保护时间的持续时间。
 
测试通过标准:
 
对于 95%的被测量数据分组包的保护时间必须落在:4.75 - 0.15μs 与 5.25 + 0.15μs 之间,0.15 μs 是由于测量过程造成的允许的不确认冗余。
 
RF/TRM/CA/BV-16-C 
 
EDR 同步序列与尾部
 
EDR Synchronization Sequence and Trailer
 
测试目的:
 
验证 EDR 分组数据里发送的同步序列与尾部。
 
测试通过标准:
 
对于每个调制,期望结果是在所有 50 个测试分组包中同步序列零位错误,并且在所有尾部符号中不超过一个位错误。
 
RF/RCV/CA/BV-01-C
 
灵敏度 – 单时隙包
 
Sensitivity - single slot packets
 
测试目的:
 
接收机的实际灵敏度被定义为满足误码率(BER)的某一最大值的输入电平。灵敏度是接收器在真实的会话环境中可靠工作所需的最小信号电平的量度。它与设备噪声系数相关,因此它是设备噪声系数的量度。这里先使用非理想发射机(单时隙分组)来测试灵敏度。这个测试用例定义了发送到 DUT 的输入信号。DUT 应满足这种非理想的信号灵敏度的要求。
 
测试通过标准:
 
对于基本速率模式,对于定义的灵敏度的最大 BER 值为 0.1%(在 1600000 个返回有效载荷位之后)。测量到的灵敏度应大于等于 -70 dBm。
 
RF/RCV/CA/BV-02-C
 
灵敏度 – 多时隙包
 
Sensitivity - multi-slot packets
 
测试目的:
 
多时隙分组数据包以灵敏度电平发送给 DUT(最大允许长度)。这个测试用例定义了发送到 DUT 的输入信号。DUT 应满足这种非理想的信号灵敏度的要求。
 
测试通过标准:
 
对于基本速率模式,对于定义的灵敏度的最大 BER 值为 0.1%(在 1600000 个返回有效载荷位之后)。测量到的灵敏度应大于等于 -70 dBm。
 
RF/RCV/CA/BV-03-C
 
载干比性能
 
C/I performance
 
测试目的:
 
在相同或相邻信道干扰下验证接收机性能。最小的载干比性能是由一组信号和干扰的功率电平来描述的,且必须显示最大 BER 值。载干比性能测量当当前信道或相邻信道存在干扰时,接收机在某个给定信道解析信号的能力。通过这样,载干比性能测试了设备 DSP 的功能。
 
测试通过标准:
 
蓝牙技术联盟的规定的要求仅适用于干扰信号的频率是在 2400-2483.5MHz 频段。对于基础速率与增强速率,对于下表显示的所有信号干扰比,最大 BER 不能超过 0.1%。
 
 
RF/RCV/CA/BV-04-C
 
阻塞性能
 
Blocking performance
 
测试目的:
 
在干扰存在情况下下验证接收机性能。
 
测试通过标准:
 
BER 应小于 0.1%(在最小采样数 1600000 个返回有效载荷位之后)。在测试流程第 g 步所记录的频点不能超过 24 个,在测试流程第 h 步所记录的频点不能超过 5 个。
 
RF/RCV/CA/BV-05-C
 
互调性能
 
Intermodulation Performance
 
测试目的:
 
验证接收机互调性能。互调是接收机在其输入端存在多个频率时的一个性能参数。它被描述为在存在三个频率的情况下接收机的误码率性能的劣化:所需信号和两个不希望的信号。
 
测试通过标准:
 
对于基础速率,在测试标准指定所需信号和不希望的信号对应的频率与功率条件下,BER 应小于 0.1%。
 
RF/RCV/CA/BV-06-C
 
最大输入电平
 
Maximum Input Level
 
测试目的:
 
验证接收机性能。类似于互调,这是接收机的误码率性能的退化;这里,输入信号是指定的高功率电平。
 
测试通过标准:
 
当最大输入信号电平在 -20dBm 条件下,BER 应小于等于 0.1%(在最小采样数 1600000 个返回有效载荷位之后)。
 

 

RF/RCV/CA/BV-07-C
 
EDR 灵敏度
 
EDR Sensitivity
 
测试目的:
 
使用非理想发射机来验证 10 的 -4 次方位误码率下的接收机灵敏度。
 
测试通过标准:
 
对于增强速率模式,对于定义的灵敏度的最大 BER 值为 0.01%(在 160,000,000 个返回有效载荷位之后)。测量到的灵敏度应大于等于 -70 dBm。
 
RF/RCV/CA/BV-08-C
 
EDR BER 底限性能
 
EDR BER Floor Performance
 
测试目的:
 
验证 10 的 -5 次方位误码率下的接收机灵敏度。底限性能是增强速率模式 DUT 在指定的低功率接收信号时对 BER 的测量。
 
测试通过标准:
 
BER 底限性能测试设备的 DSP 功能,并确保能力达到 0% BER。蓝牙 SIG 指定最低误码率显示时最低功率电平是 - 60 dBm。该值被选择为假设在 Class 1 等级蓝牙设备的传输中 80dB 的路径损耗,对应于大约 100 米的传播距离。这种测量提供了在实际情况下接收器性能的指示,当两个蓝牙设备相距很远(或者在不理想的情况下,例如在视线之外)。蓝牙 SIG 指定当高于参考灵敏度电平(–70 dBm)10dB 时 EDR 接收机应实现小于 0.001%的误码率(在 160,000,000 个返回有效载荷位之后),或小于 0.0007%的误码率(在 8,000,000 个返回有效载荷位之后)。
 
RF/RCV/CA/BV-09-C
 
EDR 载干比性能
 
EDR C/I Performance
 
测试目的:
 
在相同或相邻信道干扰下验证接收机性能。
 
测试通过标准:
 
蓝牙技术联盟的规定的要求仅适用于干扰信号的频率是在 2400-2483.5MHz 频段。对于基础速率与增强速率,对于给定的所有信号干扰比(见 RF/RCV/CA/BV-03-C),最大 BER 不能超过 0.1%。
 
RF/RCV/CA/BV-10-C
 
EDR 最大输入电平
 
EDR Maximum Input Level
 
测试目的:
 
在给定的最大输入信号电平下验证接收机性能。
 
测试通过标准:
 
当最大输入信号电平在 -20dBm 条件下,BER 应小于等于 0.1%。