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蓝牙音频产品的测试方案
编者按：对于蓝牙音频产品,除了外观、工艺、便携性等设计制造方面的因素,无线传输的可靠性、电池续航能力以及音质表现,直接关系到产品的质量和消费者的选择.罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司陈伟所撰《蓝牙音频产品的测试方案》一文针对蓝牙音频产品,提供了一套基于测试仪表CMW270 的整体测试方案,该方案包含无线射频测试、音频质量测试和功耗测试,可以覆盖到研发、认证和生产阶段.最后,介绍了专门针对生产测试的非信令测试仪表CMW100 和自动化测试软件CMWRun.罗德与施瓦茨公司提供的完整测试方案能帮助厂家对蓝牙音频产品进行全方面的测试.
1 引言
作为当前最热门的通信技术之一,蓝牙技术已经普遍应用于智能手机、电脑、汽车以及无线音箱、健康手环等电子设备,受到了人们越来越多的关注.据蓝牙组织统计,目前有不少于80 亿蓝牙设备；在未来,物联网高速发展中,蓝牙设备的数量会越来越庞大.其中,蓝牙耳机和音箱设备占据了蓝牙设备的半壁江山.从2016 年开始,各大手机厂商逐步取消3.5mm耳机接口,作为智能手机的最佳拍档,蓝牙耳机会逐步替代有线耳机.而无线音箱,在几个互联网巨头的带动下,智能音箱设备也开始受到消费者的关注,销量在2017 年已经显现出井喷之势.所以,在今后很长一段时间内,无线音频产品会是市场上的热点话题.
对于蓝牙音频产品,除了外观、工艺、便携性等设计制造方面的因素,无线传输的可靠性、电池续航能力以及音质表现,直接关系到产品的质量和消费者的选择.本文围绕这3 个方面,提出一种基于CMW270 测试仪表的测试解决方案,该方案包含了无线射频测试、音频质量测试以及功耗测试.
2 蓝牙技术简述
在20 世纪90 年代,为了减少通信之间的线缆连接,蓝牙技术得以初步发展,最初的传输距离只有10m左右,传输速率也只有最基础的1Mbit/s.在随后的数年间,蓝牙技术也在不停地更新发展,具体包括跳频技术、更快的传输速率和更低的功耗.在2010 年,蓝牙技术有了两个分支,即传统蓝牙和低功耗蓝牙.蓝牙3.0 之前的版本称为传统蓝牙,被用于一些语音业务和数传业务,如蓝牙耳机、智能蓝牙音响和打印机等.从蓝牙4.0 后,称为低功耗蓝牙,目前最新的版本是蓝牙5,主要应用于一些对功耗要求较高的电子设备,一个纽扣电池就能支持运行很长时间,如健康手环、智能穿戴设备等,在芯片的复杂性上也进行了简化,成本也得到进一步的降低.
3 无线综测仪CMW270
CMW270 是罗德与施瓦茨公司推出的一款宽带无线测试仪表,用于蓝牙、Wi-Fi 等无线终端产品的测试.从蓝牙1.0 到蓝牙5 的测试,CMW270 覆盖了传统蓝牙和低功耗蓝牙的所有射频测试要求,其内部的音频发生和分析模块可以用于蓝牙音频产品的语音质量分析.
4 无线射频测试
根据蓝牙论坛发布的射频测试规范,传统蓝牙需要被测产品进入到test mode 后进行测试,低功耗蓝牙采用direct testmode的方式.传统蓝牙的射频测试连接,仪器和被测产品之间通过射频进行通信,可采用天线或者射频电缆两种方式连接（见图1）.
低功耗蓝牙的direct test mode,仪器和被测产品之间除了传统蓝牙的射频连接外,需要额外的控制连接线,可以选择USB 或RS232 串口控制线两种形式（见图2）.
采用这两种测试方式,可以测试蓝牙测试规范要求的所有测试项目,包含产品的发射功率、发射信号质量、接收性能以及杂散等测试项目.
除了上述测试规范的测试方法,CMW270 支持正常工作模式下的连接测试.CMW270 与正常工作模式下的蓝牙设备进行配对连接,无须进入test mode 或者direct test mode 状态,即可建立无线连接,进行射频指标的测试.
5 音频质量测试
CMW270 与音频设备连接后,音频设备的麦克风采集语音数据,通过无线链路发送给CMW270,经过转换,变为模拟或者数字信号进行语音质量分析.另一方面,仪表也可以自定义语音数据,通过无线链路传送给音频设备,音频设备的扬声器播放语音,人工耳采集后进行语音质量分析.该过程真实还原了蓝牙音频设备的正常工作模式,整体测试无线链路、扬声器和麦克风的性能.CMW270 支持的蓝牙音频编码方式如图3所示.
CMW270 内置了音频发生和分析模块,覆盖频率为20Hz~21kHz,可以满足音频产品一般的研发测试和生产测试需求,测试架构如图4 所示.
另外,CMW270 提供的语音输入输出接口可以连接到更高端的音频分析仪表,如罗德与施瓦茨公司的UPV,频率为10Hz～250kHz.UPV 可支持PESQ、POLQA 的测试.图5 为CMW270 和UPV 的连接示意图.
6 功耗测试
CMW270 结合电流和电压监测设备,可以评估蓝牙设备在各种无线条件下的功耗情况,ZVC是罗德与施瓦茨公司的一款功耗检测设备,电流测量范围为4.5uA～10 A,电压测量范围为1.88～15V.图6 为CMW270 和ZVC测试蓝牙设备功耗的示意图.
对蓝牙设备的功耗进行评估时,有些开发人员采取在实际连接的情况下进行测试,在这种场景下,存在着较多的不确定因素.第一,无线环境的不确定性.在实际连接时,设备的发射功率和接收电平都是不可控制的,例如两个连接设备距离不同,外界干扰信号的变化,会造成设备的功耗变化,也给测试带来了不可重复性；第二,无线参数的设置.待机模式下的一些无线参数,如监听间隔,这些参数直接决定了设备的功耗.相对于实际连接,利用仪表,更容易修改无线连接使用的参数.
因此,利用测试仪表,可以进行更多场景下的功耗测试,测试结果也具有可重复性.
7 CMW100
CMW100 是罗德与施瓦茨公司专门针对生产测试而推出的测试仪表.
图7 包含了CMW100、射频屏蔽箱以及测试用的电脑.由于CMW100 是非信令测试仪表,所以需要基于相关的芯片,开发自动化测试环境.CMW100 具有体积小、射频端口多、运算速度快等特点,无论从效率还是从空间角度,都是生产线测试的首选方式.
8 CMWRun
CMWRun 是罗德与施瓦茨公司针对用户需求而开发的自动化测试软件,支持无线设备的射频性能测试、音频质量测试以及功耗测试.
CMWRun 具有配置灵活、测试效率高等特点,根据实际的测试需求,既可以按照蓝牙规范进行全方面的射频测试,也可以选择特定项目或者项目进行测试.目前,CMWRUN已经广泛应用到各种无线设备的生产和研发阶段.
9 结束语
无线蓝牙音频市场的递增势头,势必引发蓝牙音频产品的新一轮突破.从用户的角度,更愿意看到的是质量过硬、体验更好的产品.生产性能更好的蓝牙音频产品,让产品领跑未来的市场,围绕产品的测试将会越来越重要,也是适应未来竞争的制胜法宝.罗德与施瓦茨公司提供的完整测试方案能帮助厂家对蓝牙音频产品进行全方面的测试.
产品论文范文结:
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1、产品质量论文
4、产品设计论文