有了ST7008, 蓝牙测试齐全拿捏住了！-南宫电子游戏科技

有了ST7008, 蓝牙测试齐全拿捏住了！

2022.07.06

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从智能家居、智慧城视注智能工业等领域，不休更新迭代的蓝牙设备给人们提供了一个无限可能的智能生涯场景。蓝牙已经融入我们生涯的方方面面，悄无声息地扭转着南宫电子游戏生涯习惯，让南宫电子游戏日常生涯变得越发方便。在我们身边已经俭朴、宰割的所有，此刻都起头衔接，并且变得智能。

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回首蓝牙V1.0 到 V5.2 的技术变迁，从音频传输、图文传输、视频传输，再到以低功耗为主打的物联网传输。蓝牙无线技术以其加密措施美满，传输过程不变以及兼容设备丰硕等诸多利益从多多无线传输技术中脱颖而出。尤其是在授权门槛逐步降低的今天，蓝牙技术起头真正遍及到各类数码设备。

随着蓝牙技术的宽泛利用，蓝牙IC的市场需要量不休增长，ATE测试作为蓝牙IC出产环节中沉要一环，也是IC质量的关键把关蹊径，它是极度耗费成本的一个工序，若何能满足客户越来越高的测试机能要求同时又两全成本考量，成了ATE厂家面对的新挑战。

今天幼编就带着各人来聊一聊关于蓝牙IC ATE测试的那些事。在起头聊测试规划之前我们先一路进建一下蓝牙技术以及蓝牙技术更新迭代发展史。

一、蓝牙概述

蓝牙技术是一种尖端的盛开式无线通讯尺度，可能在短距离领域内无线衔接桌上型电脑与笔记本电脑、便携设备、PDA、移动电话、拍照手机、打印机、数码相机、耳麦、键盘甚至是电脑鼠标；

蓝牙选取分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通讯，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速度为1Mbps，选取时辰双工传输规划实现全双工传输。

相迸宗其他无线技术：红表、无线2.4G、WiFi来说，蓝牙拥有加密措施美满，传输过程不变以及兼容设备丰硕等诸多利益。尤其是在授权门槛逐步降低的今天，蓝牙技术起头真正遍及到所有的数码设备。不外，蓝牙这一路走来也并非美满，从1.0到4.2，再到此刻的5.0，是一个不平庸的过程。

二、蓝牙技术发展史

第一代蓝牙：关于短距离通讯早期的索求

1999 年：蓝牙 1.0

早期的蓝牙 1.0 A 和 1.0B 版存在多个问题，有多家厂商指出他们的产品互不兼容。同时，在两个设备“链接”（Handshaking）的过程中，蓝牙硬件的地址（BD_ADDR）会被发送出去，在和谈的层面上不能做到匿名，造成泄漏数据的危险。

因而，当 1.0 版本推出以来，蓝牙并未立即受到宽泛的利用。除了其时对应蓝牙职能的电子设备种类少，蓝牙装置也极度昂贵。

2001 年：蓝牙 1.1

蓝牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 尺度，该尺度界说了物理层（PHY）和媒体接见节造（MAC）规范，用于设备间的无线衔接，传输率为 0.7Mbps。但由于是早期设计，容易受到同频率之间产品滋扰，影响通讯质量。

2003 年：蓝牙 1.2

蓝牙 1.2 版针对 1.0 版本露出出的安全性问题，美满了匿名方式，新增屏蔽设备的硬件地址（BD_ADDR）职能，；び没馐苌矸菪崽焦セ骱透，同时向下兼容 1.1 版。此表，还增长了四项新职能；

AFH（Adaptive Frequency Hopping）适应性跳频技术，削减了蓝牙产品与其它无线通讯装置之间所产生的滋扰问题；

支持 Stereo 音效的传输要求，但只能以单工方式工作。

第二代蓝牙：发力传输速度的 EDR 时

2004 年：蓝牙 2.0

蓝牙 2.0 是 1.2 版本的改进版，新增的 EDR（Enhanced Data Rate）技术通过提高多工作处置和多种蓝牙设备同时运行的能力，使得蓝牙设备的传输率可达 3Mbps。

蓝牙 2.0 支持双工模式：能够一壁进行语音通讯，一壁传输文档/高质素图片。

同时，EDR 技术通过削减工作负债循环来降低功耗，由于带宽的增长，蓝牙 2.0 增长了衔接设备的数量。

2007 年：蓝牙 2.1

蓝牙 2.1 新增了 Sniff Subrating 省电职能，将设备间相互确认的讯号发送功夫距离从旧版的 0.1 秒耽搁到 0.5 秒左右，从而让蓝牙芯片的工作负载大幅降低。

另表，新增 SSP 简易安全配对职能，改善了蓝牙设备的配对履历，同时提升了使用和安全强度。

第三代蓝牙：High Speed，传输速度高达 24Mbps

2009 年：蓝牙 3.0

蓝牙 3.0 新增了可选技术 High Speed，High Speed 能够使蓝牙挪用 802.11 WiFi 用于实现高速数据传输，传输率高达 24Mbps，是蓝牙 2.0 的 8 倍。

蓝牙 3.0 的主题是 AMP（Generic Alternate MAC/PHY），这是一种全新的交替射频技术，允许蓝牙和谈栈针对任一工作动态地选择正确射频。

功耗方面，蓝牙 3.0 引入了 EPC 加强电源节造技术，再辅以 802.11，现实空闲功耗显著降低。

第四代蓝牙：主推” Low Energy”低功耗

2010 年：蓝牙 4.0

蓝牙 4.0 是迄今为止第一个蓝牙综合和谈规范，将三种规格集成在一路。其中最沉要的变动就是 BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗职能，提出了低功耗蓝牙、传统蓝牙和高速蓝牙三种模式：

”高速蓝牙“主攻数据互换与传输；“传统蓝牙”则以信息沟通、设备衔接为沉点；”低功耗蓝牙“以不需占用太多带宽的设备衔接为主，功耗较老版本降低了 90%。

2013 年：蓝牙 4.1

蓝牙 4.1 在传输速度和传输领域上变动很幼，但在软件方面有着显著的改进。这次更新主张是为了让 Bluetooth Smart 技术最终成为物联网（Internet of Things）发展的主题动力。

支持与 LTE 无缝合作。当蓝牙与 LTE 无线电信号同时传输数据时，那么蓝牙 4.1 能够自动协调两者的传输信息，以确保协同传输，降低互有关扰。

2014 年：蓝牙 4.2

蓝牙 4.2 的传输速度越发急剧，比上代提高了 2.5 倍，由于蓝牙智能（Bluetooth Smart）数据包的容量提高，其可包容的数据量相当于此前的10倍左右。

改善了传输速度和隐衷；に，蓝牙信号想要衔接或者追踪用户设备，必须经过用户许可。用户能够安心使用可穿戴设备而不用不安被跟踪。

第五代蓝牙：开启「物联网」时期大门

2016 年：蓝牙 5.0

蓝牙 5.0 在低功耗模式下具备更快更远的传输能力，传输速度是蓝牙 4.2 的两倍（速度上限为 2Mbps），有效传输距离是蓝牙 4.2 的四倍（理论上可达 300 米），数据包涵量是蓝牙 4.2 的八倍。支持室内定位导航职能，结合 WiFi 能够实现精度幼于 1 米的室内定位。针对 IoT 物联网进行底层优化，力求以更低的功耗和更高的机能为智能家居服务。

2020年1月7日，在美国拉斯维加斯进行的CES2020展会上，蓝牙技术联盟（Bluetooth Special Interest Group，简称SIG）颁发即将颁布新一代蓝牙音频技术尺度—低功耗音频LE Audio，新一代蓝牙音频技术突破了经典蓝牙音频的市场垄断职位，开创了蓝牙无线音频新市场。LE Audio不仅在音频质量上面做出了提升，更是参与了低功耗个性，使得蓝牙音频可能在更多场景中利用。

在介绍完蓝牙技术的发展史后，相信各人对蓝牙技术已经有了一个初步的意识，接下来幼编将以BLE（低功耗蓝牙）为例，带各人再来聊一聊蓝牙IC的测试要求以及ATE测试规划；

三、BLE测试需要

1. 蓝牙测试中关键技术点介绍

（1）蓝牙和谈栈

Generic Access Profile（GAP）

前面Link Layer固然对衔接成立的过程做了界说，但它并没有体现到Application（或者Profile）层面，而GAP则是直接与利用法式或配置文件通讯的接口，它实现了如下职能：界说GAP层的蓝牙设备角色（role），界说GAP层的用于实现各类通讯的操作模式（Operational Mode）和过程（Procedures），界说User Interface有关的蓝牙参数，蕴含蓝牙地址、蓝牙名称、蓝牙的PIN码等；

主机节造接口层（Host Controller Interface，简写 HCI）：界说Host（主机）和Controller（节造器）之间的通讯和谈，这一层可所以软件或者硬件接口，如UART、SPI、USB等。

Link Layer用于节造设备的射频状态，设备将处于Standby（待机）、Advertising（公告）、Scanning（扫描）、Initiating（初始化）、Connection（衔接）这五种状态中的一种。

由于BLE属于无线通讯，则其通讯介质是肯定频率领域下的频带资源（Frequency Band）；BLE的市场定位是个别和民用，因而使用免费的ISM频段（频率领域是2.400-2.4835 GHz）；为了同时支持多个设备，将整个频带分为40份，每份的带宽为2MHz，称作RF Channel。

（2） BLE物理通路

经过上面的界说之后，BLE的物理通路已经出来了，即“频路别离是‘f=2402 +k * 2 MHz, k=0, … ,39’，带宽为2MHz”的40个RF Channel。

在链路层，将40个信路分为广播信路和数据信路，有3个信路是advertising channel（广播通路），别离是37、38、39，用于发现设备（Scanning devices）、初始化衔接（initiating a connection）和广播数据（broadcasting date）；剩下的37个信路为data channel（数据通路），用于两个衔接的设备间的通讯。

广播信路分散在距离较远的频段上，过度的集中会导致若是该频段受滋扰严沉，可能广播就无法进行的情况，分散的主张是为了增长容错率。

（3）蓝牙包体式

? 常见蓝牙数据包类型好多，但是通常只有DH (Data High-rate) and DM (Data Medium-rate) 两种类型会被利用于出产测试中。

? DH、DM均有三种等级，别离为单时隙、3倍时隙和5倍时隙，每个DM或DH数据包后标有相应的数字，用来批示该数据包的长度。

? Standard Data Rate (1Mbps)

? DH1, DH3, DH5

? DM1, DM3, DM5

? EDR 2Mbps Data Rate (pi/4-DQPSK modulation)

? 2-DH1, 2-DH3, 2-DH5

? 2-DM1, 2-DM3, 2-DM5

? EDR 3Mbps Data Rate (8DPSK modulation)

? 3-DH1, 3-DH3, 3-DH5

? 3-DM1, 3-DM3, 3-DM5

（4）蓝牙有效载荷类型（payload）

在出产测试中有三种分歧的payload（有效载荷）类型，每一种payload侧沉device 的一种测试：

? PRBS9

? 发送频谱散布靠近现实信号的伪随机序列，测试device工作机能；

? 10101010

? 针对换造滤波器？；

? 通过显著扭转频谱状态对发射机输出能力进行压力测试；

? 11110000

? 重要用来检测DUT内部高斯滤波器；

（5）蓝牙自适应跳频技术

蓝牙技术是工作在2.4GHz免费工业频段上的短距离无线通讯技术，同时工作在2.4G频率上的还有其他无线通讯尺度，例如802.11。我们知路若是两衷斓率同时工作在统一个频率段，那么就会产生互有关扰，造成数据传输质量降低。因而早期的蓝牙设计者思考了这些问题后，决定选取调频的技术预防和802.11的频率竞争，即在每一个固定的频率上只驻留很短的功夫而后在换一个频率进行数据的通讯。

? 自适应跳频技术（AFH）是成立在自动信路质量分析基础上的一衷斓率自适应和功率自适应节造相结合的跳频技术。该技术能使跳频通讯过程自动避开被滋扰的跳再三率点，并以最幼的发射功率、最低的被截获概率，达到在无滋扰的跳频信路上，长功夫维持优质的通讯；

? 该职能重要通过SCAN进行测试，并且若是PLL测试通过就能够保障该职能能够工作；

2. 蓝牙发射机个性测试（TX）：

? Output Power

通过Output Power测试，验证最大峰值功率和均匀射频输出功率；

初始前提：

DUT设置在最大功率下的直接TX模式；

DUT的初始状态置为环回(Loop back)；

链路为Frequency hopping，白噪声被关关

仪表发射的有效负载为PRBS9；

规范要求峰值功率<23dBm，均匀功率<20dbm；

若是DUT的功率等级为1，均匀功率>0dbm；

若是DUT的功率等级为2，-6dbm<均匀功率<4bm；

若是DUT的功率等级为3，均匀功率<0dbm；

? Modulation Characteristics

调造个性是一衷斓率误差丈量步骤，重要是对换造指数的验证；

初始前提：

调造方式选取的是GFSK；

DUT的初始状态置为环回(Loop back)；

关关Frequency hopping；

两种分歧类型的有效负载：

0xF0(11110000)：?f1

0x55(10101010)：?f2

测试log指数满足以下前提：

140kHz ≤ ?f1avg ≤ 175kHz（至少99.9%的?f1avg满足）

?f2max ≥ 115kHz（至少99.9%的 ?f2max满足）

?f2avg/?f1avg ≥ 0.8

? 20dB Bandwidth

测试验证在工作频率领域内的排放是否在限度领域内；

初始前提：

DUT设置在最大功率下的直接TX模式；

白噪声关关，关关跳频(Frequency hopping)；

芯片别离工作在低、钟注高三个频点；

蓝牙测试仪扫频找到相对应的最大功率的频点；

找到在最大功率左右两侧对应功率降落20dB时的fL和fH，20dB的?f=|fH-fL|，要求?f<1MHz；

? In-band emissions

测试重要验证在设备使用的频率领域内，来自DPSK发射机的有害信号水平低于要求的水平；

初始前提：

DUT设置为最大输出功率下直接TX模式；

关关白噪声、跳频，固定频率测试(fTX=2406MHz、2440MHz、2476MHz)；

设置线损；

DUT配置最大输出功率；

有效负载为PRBS9数据体式；

测试评估的尺度：

在fTX=2406MHz、2440MHz、2476MHz时，PTX≤20dBm(满足Out Power Classes即可)；

在fTXz±2MHz时，PTX≤-20dBm；

在fTXz±[3+n]MHz，n=0，1，2……时，PTX≤-30dBm；

3. 蓝牙接管器测试（RX）：

? Sensitivity -signal slot packets

测试主张：使用非梦想发射机（单插槽数据包）测试活络度。此测试用例具体地界说了发送到IUT的信号。IUT应满足该非梦想信号所要求的活络度。

初始前提：

DUT的初始状态置为环回(Loop back)；

关关Frequency hopping；

DUT以最大输出功率发送回测试器；

测试仪的传输功率选择为使DUT接管机的输入功率为-70dBm；

? Sensitivity -multi slot packets

测试主张：多时隙数据包以活络度级别发送到DUT。（允许的最大长度）。此测试用例具体地界说了发送到DUT的信号。DUT应满足该非梦想信号所要求的活络度。