藍牙射頻設計采用了多種系統體系結構，既有傳統模擬調制基于中頻的系統，也有基于數字IQ調制器/解調器配置的系統，但無論采用哪種設計配置，在產品開發過程中都必須解決下面的問題： 

·  全球各地法規要求 
·  藍牙認證 
·  簡單高效制造測試 
·  與其它廠商產品的良好兼容性 

對藍牙設備來說，RF部分是主要測試內容之一。

藍牙射頻技術

藍牙設備工作于ISM頻段，通常是在2.402GHz至2.48GHz之間的79個信道上運行。通過高斯頻移鍵控(GFSK)數字頻率調制技術實現彼此間的通信，設備間采用時分復用(TDD)方式，并使用一種極快的跳頻方案以便在擁擠波段中提高鏈路可靠性。

它使用稱為0.5BT高斯頻移鍵控(GFSK)的數字頻率調制技術實現彼此間的通信。也就是說把載波上移157kHz代表“1”，下移157kHz代表“0”，速率為100萬符號(或比特)/秒，然后用“0.5”將數據濾波器的-3dB帶寬設定在500kHz，這樣可以限制射頻占用的頻譜。 

兩個設備間通過時分復用(TDD)方式通信，發送器和接收器在相隔時段中交替傳送，即一個挨著另一個傳送，此外還采用了一種極快的跳頻方案(1,600跳/秒)，以便在擁擠波段中提高鏈路可靠性。美國聯邦通信委員會預計波段利用率將不斷增加，因此可靠性是最基本的要求。 

在圖1所示的藍牙結構中，接收器僅采用一次下轉換，這類設計使用一個簡單的本地振蕩器，輸出經過倍頻，并在接收器和發送器間切換。FSK允許直接VCO調制，基帶數據通過一個固定時間延遲且無過沖高斯濾波器，而脈沖整形僅用于發送器中，鎖相環(PLL)可用采樣-保持電路或相位調制器解除基帶內的相位調制。通常中頻相當高，以限制濾波器元件的物理尺寸，使中頻遠離LO頻率，確保足夠的鏡像抑制。如果電平過高造成接收器輸入過載，則應使用天線開關。 

測試項目

下面介紹一些適用于藍牙設備RF部分的測試。 

功率──輸出放大器是一個選件，有這種選件無疑可提升I類(+20dBm)輸出放大器的輸出功率。雖然對電平精度指標不作要求，但應避免過大的功率輸出，以免造成不必要的電池耗電。 

無論設計提供的功率是+20dBm還是更低，接收器都需要有接收信號強度指示，RSSI信息允許不同功率設備間互相聯系，這類設計中的功率斜率可由控制放大器的偏置電流實現。 

與其它TDMA系統如DECT或GSM不同，藍牙頻譜測試并不限于單獨的功率控制和調制誤差測試，它的測量間隔時間必須足夠長，以采集到斜率和調制造成的影響。在實際中這不會影響認證，時間選通測量由于能迅速確定缺陷，具有很高的價值。有些設計在調制開始前使用未經指定的周期，這通常用于接收器的準備。 

頻率誤差──藍牙規范中所有頻率測量選取較短的4微秒或10微秒選通周期，這樣會造成測量結果的不定性，可從不同的角度進行理解。首先，窄的時間開口意味著測量帶寬截止頻率較高，會把各類噪聲引入測量；其次應考慮誤差機制，如在短間隔測量中，來自測量設備的量化噪聲或振蕩器邊帶噪聲將占較大百分比，而較長測量間隔中這些噪聲影響會被平均掉。因此設計范圍要考慮這一因素，它應超過參考晶振產生的靜態誤差。 

頻率漂移──漂移測量將短的10位相鄰數據組和跨越脈沖的較長漂移結果結合在一起。如果在發送器設計中用了采樣-保持設計，就可能出現這一誤差。對其它類型設計，在波形圖上可觀察到像紋波一樣的有害4kHz至100kHz調制成分或噪聲，表明了它可作為另一個方法確保很好地將電源去耦合。 

調制──在發送路徑中，圖1中的VCO被直接調制，為避免PLL剝離帶寬內調制成分，可讓傳輸器件開路或使用相位誤差校正(兩點調制)。采樣-保持技術應該是有效的，但需注意避免頻率漂移。除非使用數字技術調整合成器的分頻比，否則應校準相位調制器，以免出現不同數據碼型調制的響應平坦度低的問題。 

藍牙RF規范要檢查11110000和10101010兩種不同碼型的峰值頻率偏移，GMSK調制濾波器的輸出在2.5bit后達到最大值，第一個碼可檢查這一點，GMSK濾波器的截止點和形狀則由第二個碼檢查。在理想情況下，1010碼峰值偏移為11110000的88%，某些設計的發送未施加0.5BT高斯濾波而會顯示更高比值。最高基本調制頻率為500kHz，此時的比特率為100萬符號/秒。

帶內頻譜──-20dB測試可確認調制和脈沖信號的確在1MHz寬的波段中，圖2的方框可以看作是極限范圍，通過設置10kHz分辨率帶寬可實現這一要求，因幅值具有脈沖特性而使用峰值保持法進行測量。通過頻率寬度測試而不僅只是固定模板測試，該方法能使波形偏離精確的中心頻率，效果與信號模板內對中非常類似，圖中隆起部分由數據包報頭的非數據白化零造成。 

鄰近信道測量作為系列點頻測量中的一項是規定要做的，非選通掃描是快速容易的檢查方法。選通有時仍被使用，盡管它是一種組合測量，這與GSM、DECT和PDC之類其它TDMA系統測量有所不同。 

帶外頻譜──倍頻是通常用來防止RF通過耦合返回VCO從而拉動中心頻率的一項技術，需要在RF輸出路徑中消除次級諧波，特別當它們可能危及相關站點時，如L2頻率為1,222.7MHz的GPS接收器或蜂窩無線設備功能。 

圖3顯示了設備的一個信號，它不存在次級諧波，但會產生超過9GHz的諧波，這正是標準頻譜分析儀能進行的測量。對于研究工作來說，雖然可使用更快的掃描時間，但仍要好幾秒。如果選擇長掃描時間，則需要用具有深數據捕獲緩沖器的新型頻譜分析儀，這類儀器能對特定感興趣的點作掃描后的放大。 

有些設計轉而在發送和接收路徑都有IQ混頻，這種方法可提高電路集成度，將信號處理轉成數字信號處理，而去除模擬電路。圖4顯示了一些混合電路方法，某些設計可在前端增添鏡像抑制混合，目前硅片技術更高的集成度也使這種做法更為經濟。 

所有這些的IQ級校準都需要仔細考慮，已發表很多關于雷達和蜂窩應用的技術文章介紹了所使用的序列和信號。RF輸出直接應用IQ調制可能會對信號造成重大影響，但調制器未對準頻率誤差則不會造成影響，因為頻率僅僅是相位改變率，不過也許難以在頻譜上鑒別出誤差。 

IQ調制誤差意味著存在幅度調制，可用功率-時間顯示進行檢測，或用矢量分析儀做詳細調查。 IQ調制器也可用來整形功率斜坡，這再次說明了選通測量的價值。在接收鏈所有測量進行之前，還有些數字處理需要測量誤碼。另外可能出現零中頻系統，可由查找接收器混頻器輸出和ADC輸入之間的DC塊識別。像LO-RF反饋這類非理想情況會產生隨輸入頻率改變的直流成分，需要認真予以處理。另外邊帶抑制也是一個問題，這里有個速算公式，即0.1dB增益誤差或1度相位誤差將使邊帶降低約40dB。

分析IQ波形──矢量分析儀本身就能解調各種各樣信號，盡管直接應用FSK也許不能涵蓋更復雜的情況，但在IQ設計過程中可能要考慮其它制式，如藍牙2、蜂窩技術或LAN。 

為了解設備的性能，具備多角度分析能力十分重要，圖5顯示了以四種方法觀察相同數據的結果。偏差觀察為正確碼型調制提供快速直觀確認，眼圖和FSK誤差可顯示調制質量，而解調數據觀察則使用戶能檢查前同步碼、報頭、同步字和有效載荷數據的存在。 

設計模擬──更高級的集成關注于模擬工具，這些工具不僅能迅速評估不同電路的拓撲結構，更有先進的工具把各種有效和受損信號注入接收器。 

最近有兩種非常有利于產品開發的進展，第一是數字信號發生器和矢量信號分析塊的集成，它提供了模擬和實際測試間的相互交換，軟件產品與物理儀器鏈接能在原型交付時立即比較結果。第二是可以使工具設置自動化的設計指南，讓用戶能更好地用設計軟件評估實際電路，而不必在基本配置信息中根據特定無線技術編寫程序。 

接收器測試──圖1中的鑒別器是一個混頻器/調諧電路，它是一個直通器件，但也需要進行校準。在設計特性描述過程中，一定要注意某些結果的非正態(高斯)分布。 

由于調諧電路/混頻器的相位/頻率特性，這種電路的價值是很有限的。延遲線鑒別器是另一種可能的選擇，但也需要經過校準。 

前端放大器設計和測試關注的是干擾，而不是最好的噪聲系數，或1dB壓縮特性。已公開的很多技術能通過接收器鏈動態改變增益，優化對有害信號的抑制。也可對信號發生器使用同步脈沖幅度調制，這種測試對AGC系統特別是當系統由軟件控制時的脈沖間響應很有用。 

測試接收器跳頻──如前所述，所有藍牙設計中都會采用的元件是簡單的本地振蕩器，其邊帶效應會在全部調諧范圍造成小于300微秒的時滯，當設備工作于藍牙測試模式時也必然產生這一效應。 

在發送期間，必須在ISM頻段的接收測試頻率或以其它任意點為中心的另一端選擇一個頻率，VCO每次都使轉換跳回到接收器頻率。每一脈沖都可用于數據傳輸，因此可使用連續序列，從而在使用跳頻源時無需進行跳頻BER測試。雖然可以這樣做，但在使用鏈路信號之前用戶必須安排好對信號發生器和被測設備的同時控制。

作者：Peter Cain，無線方案規劃師，安捷倫科技