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低功耗蓝牙产品的射频测试
编者按：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、无线音响、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.罗德与施瓦茨（中国）科技有限公司陈伟所撰《低功耗蓝牙产品的射频测试》一文介绍了蓝牙技术,并根据低功耗蓝牙的特点,提供了两种基于CMW500 的低功耗蓝牙的射频测试方法,DirectTestMode和广告模式.在测试中,两种测试方法各有优势,可根据自身产品的特点进行选择.
1 引言
储存不够时,冰箱自动订购食物；需要维护保养时,汽车自动通知修理厂；前方交通事故或者堵车时,汽车自己上报当前交通状态；心脏起搏器提前警告健康状况,并自动发送给医生.在未来,大量的电子设备会连接到互联网中,这也就是人们常说的物联网时代.物联网的热潮下,无线通信技术会得到更大规模的应用,蓝牙技术就是其中的一个重要成员.
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、无线音响、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.
为了保证无线产品的质量,射频测试是至关重要的一个环节.本文首先对蓝牙技术进行了简单的介绍,然后针对蓝牙低功耗技术的射频测试,给出了相应的射频测试方案.
2 蓝牙低功耗技术简介
在20 世纪90 年代,为了减少通信间的线缆连接,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,蓝牙也在不停地更新发展,具体包括跳频技术、更快的传输速率、更低的功耗.在2010 年,蓝牙技术有了两个分支,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,比如蓝牙耳机、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,所以成本也得到进一步的降低.
传统蓝牙设备在频繁连接和断开时,需要进行频繁的重复配对,所以功耗无法得到最大程度的优化.相比传统蓝牙,低功耗蓝牙成功地解决了这些问题,而这也是低功耗蓝牙技术能够得到广泛应用的原因.
低功耗蓝牙引入了3 个广告信道（见图1）,红色区域为广告信道,蓝色信道为常用的传输信道,广告信道分布在WLAN常用信道的边缘区域,避免来自WLAN信号的同频干扰.
在低功耗蓝牙设备之间需要建立连接时,设备只需要监听3 个信道,而传统蓝牙设备则需要监听32 个信道,所以理论的响应时间要快10 倍以上.在进行少量信息传输时,低功耗蓝牙设备之间无需配对连接,可以直接在广告信道上完成传送.
3 DTM下的射频测试
DTM（DirectTestMode）是蓝牙规范要求的一种测试连接方式,用于控制蓝牙被测设备,形式上分两种：基于HCI 的USB连接；基于双绞线的UART 接口.被测设备可以采用其中任意一种连接方式.图2 为DTM下的框架图.
图3 为罗德与施瓦茨公司的综合测试仪CMW500,通过仪表上的USB 插口,与被测蓝牙设备连接通信,进行DTM下的射频测试.
图4 中,低功耗蓝牙设备可以通过USB 或者串口线与仪表进行连接,仪表会给低功耗蓝牙设备发送规范要求的指令,进行射频性能测试.
由于是蓝牙规范要求的测试连接方式,使用该方法可以测试蓝牙规范要求的所有测试项目.
4 广告模式下的射频测试
市场上的一些低功耗蓝牙设备在产品制作完成后并不支持DTM连接,比如有些智能手环.所以,测试仪表CMW也提供另一种测试方法,广告模式下的射频测试.在正常工作模式下,低功耗蓝牙设备在3 个广告信道上发射和信号,这3 个频率分布在高、中、低频率,使用仪表进行和响应,可以分别在这3个频率上进行.
使用该方法,所有低功耗蓝牙产品都可以直接进行测试,无需额外的产品配置和线缆连接.由于该方法不是蓝牙规范要求的方法,相对于DTM下的测试,测试的项目较少,所以该模式不能作为认证的测试,可用于产品的生产测试、质量检测以及整机性能的测试.
5 结束语
无线通信技术的高速发展,使得无线产品竞争越来越激烈,低功耗蓝牙的诸多优势,为小型的无线产品设计者创造了更优的环境,凭着相对较低的设计成本,更多创新的蓝牙产品即将进入物联网这个大市场.为了生产性能更好的产品,围绕产品的射频测试将越来越重要,也是适应未来竞争的制胜法宝.
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