低功耗藍牙產(chǎn)品的射頻測試

陳 偉 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

1 引言

儲存不夠時，冰箱自動訂購食物；需要維護保養(yǎng)時，汽車自動通知修理廠；前方交通事故或者堵車時，汽車自己上報當前交通狀態(tài)；心臟起搏器提前警告健康狀況，并自動發(fā)送給醫(yī)生。在未來，大量的電子設備會連接到互聯(lián)網(wǎng)中，這也就是人們常說的物聯(lián)網(wǎng)時代。物聯(lián)網(wǎng)的熱潮下，無線通信技術(shù)會得到更大規(guī)模的應用，藍牙技術(shù)就是其中的一個重要成員。

作為當前最熱門的通信技術(shù)之一，藍牙技術(shù)已經(jīng)普遍應用于智能手機、電腦、汽車、無線音響、健康手環(huán)等電子設備，受到了人們越來越多的關(guān)注。據(jù)藍牙組織統(tǒng)計，目前有不少于80億藍牙設備，在未來物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展中，藍牙設備的數(shù)量會越來越龐大。

為了保證無線產(chǎn)品的質(zhì)量，射頻測試是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。本文首先對藍牙技術(shù)進行了簡單的介紹，然后針對藍牙低功耗技術(shù)的射頻測試，給出了相應的射頻測試方案。

2 藍牙低功耗技術(shù)簡介

在20世紀90年代，為了減少通信間的線纜連接，藍牙技術(shù)得以初步發(fā)展，最初的傳輸距離只有10m左右，傳輸速率也只有最基礎(chǔ)的1Mbit/s。在隨后的數(shù)年間，藍牙也在不停地更新發(fā)展，具體包括跳頻技術(shù)、更快的傳輸速率、更低的功耗。在2010年，藍牙技術(shù)有了兩個分支，傳統(tǒng)藍牙和低功耗藍牙。藍牙3.0之前的版本，稱為傳統(tǒng)藍牙，被用于一些語音業(yè)務和數(shù)傳業(yè)務，比如藍牙耳機、智能藍牙音響和打印機等。從藍牙4.0后，稱為低功耗藍牙，目前最新的版本是藍牙5，主要應用于一些對功耗要求較高的電子設備，一個紐扣電池就能支持運行很長時間，如健康手環(huán)、智能穿戴設備等，在芯片的復雜性上也進行了簡化，所以成本也得到進一步的降低。

傳統(tǒng)藍牙設備在頻繁連接和斷開時，需要進行頻繁的重復配對，所以功耗無法得到最大程度的優(yōu)化。相比傳統(tǒng)藍牙，低功耗藍牙成功地解決了這些問題，而這也是低功耗藍牙技術(shù)能夠得到廣泛應用的原因。

低功耗藍牙引入了3個廣告信道（見圖1），紅色區(qū)域為廣告信道，藍色信道為常用的傳輸信道，廣告信道分布在WLAN常用信道的邊緣區(qū)域，避免來自WLAN信號的同頻干擾。

在低功耗藍牙設備之間需要建立連接時，設備只需要監(jiān)聽3個信道，而傳統(tǒng)藍牙設備則需要監(jiān)聽32個信道，所以理論的響應時間要快10倍以上。在進行少量信息傳輸時，低功耗藍牙設備之間無需配對連接，可以直接在廣告信道上完成傳送。

3 DTM下的射頻測試

DTM（DirectTestMode）是藍牙規(guī)范要求的一種測試連接方式，用于控制藍牙被測設備，形式上分兩種：基于HCI的USB連接；基于雙絞線的UART接口。被測設備可以采用其中任意一種連接方式。圖2為DTM下的框架圖。

圖1 藍牙低功耗的信道分布

圖2 Direct Test Mode架構(gòu)圖

圖3為羅德與施瓦茨公司的綜合測試儀CMW500，通過儀表上的USB插口，與被測藍牙設備連接通信，進行DTM下的射頻測試。

圖4中，低功耗藍牙設備可以通過USB或者串口線與儀表進行連接，儀表會給低功耗藍牙設備發(fā)送規(guī)范要求的指令，進行射頻性能測試。

由于是藍牙規(guī)范要求的測試連接方式，使用該方法可以測試藍牙規(guī)范要求的所有測試項目。

圖3 無線綜測儀CMW500

4 廣告模式下的射頻測試

市場上的一些低功耗藍牙設備在產(chǎn)品制作完成后并不支持DTM連接，比如有些智能手環(huán)。所以，測試儀表CMW也提供另一種測試方法，廣告模式下的射頻測試。在正常工作模式下，低功耗藍牙設備在3個廣告信道上發(fā)射和偵聽信號，這3個頻率分布在高、中、低頻率，使用儀表進行偵聽和響應，可以分別在這3個頻率上進行。

使用該方法，所有低功耗藍牙產(chǎn)品都可以直接進行測試，無需額外的產(chǎn)品配置和線纜連接。由于該方法不是藍牙規(guī)范要求的方法，相對于DTM下的測試，測試的項目較少，所以該模式不能作為認證的測試，可用于產(chǎn)品的生產(chǎn)測試、質(zhì)量檢測以及整機性能的測試。

5 結(jié)束語

無線通信技術(shù)的高速發(fā)展，使得無線產(chǎn)品競爭越來越激烈，低功耗藍牙的諸多優(yōu)勢，為小型的無線產(chǎn)品設計者創(chuàng)造了更優(yōu)的環(huán)境，憑著相對較低的設計成本，更多創(chuàng)新的藍牙產(chǎn)品即將進入物聯(lián)網(wǎng)這個大市場。為了生產(chǎn)性能更好的產(chǎn)品，圍繞產(chǎn)品的射頻測試將越來越重要，也是適應未來競爭的制勝法寶。

圖4 低功耗藍牙設備與測試儀表的連接圖