物聯(lián)網(wǎng)的測試挑戰(zhàn)如何來克服

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是信息化時(shí)代發(fā)展進(jìn)步的重要階段。物聯(lián)網(wǎng)這一概念在最近幾年集中大爆發(fā)，現(xiàn)已成為當(dāng)先最熱門的技術(shù)熱點(diǎn)之一。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)愿景是將數(shù)量巨大的智能終端實(shí)現(xiàn)聯(lián)接，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尤其是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用正影響著我們生活的方方面面，包括家庭自動(dòng)化設(shè)備、娛樂系統(tǒng)、安全和報(bào)警系統(tǒng)、智能手表和可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備、智能交通設(shè)備、廢料處理設(shè)備、互聯(lián)汽車、智能家居以及共享單車等等，物聯(lián)網(wǎng)幾乎涉及到每一種工業(yè)、消費(fèi)、醫(yī)療及生活應(yīng)用。

這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備給設(shè)計(jì)師、工程師、制造商、運(yùn)營商等帶來了獨(dú)特的挑戰(zhàn)，例如設(shè)計(jì)智能手表和健身監(jiān)測儀等設(shè)備時(shí)，必須滿足體積小、性價(jià)比高和低功耗的要求。電源和信號(hào)路徑過于接近時(shí)，由于電容和電感會(huì)發(fā)生耦合，可能導(dǎo)致信號(hào)干擾和串?dāng)_問題，因此設(shè)計(jì)師需要使用密集的、高度集成的電路和 SoC（片上系統(tǒng)）器件。新硬件必須支持多種無線平臺(tái)，且保持低功耗，也必須支持多種無線致式，以確保不同設(shè)備技術(shù)或系統(tǒng)之間的互操作性和互聯(lián)性。

無論是將新型物聯(lián)網(wǎng)模塊或終端集成到設(shè)備中，測試低功耗性能，還是解決設(shè)計(jì)中碰到的信號(hào)傳輸問題，羅德與施瓦茨公司都提供了卓越的解決方案來克服這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)面臨的種種挑戰(zhàn)，幫助您加快開發(fā)速度，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

2. 具有物聯(lián)網(wǎng)功能設(shè)備面臨的測試挑戰(zhàn)

鑒于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)開發(fā)人員在開發(fā)出可用產(chǎn)品之前必須解決諸多問題。如圖 1 所示，設(shè)備的各個(gè)方面都會(huì)帶來特定的挑戰(zhàn)。在整個(gè)開發(fā)過程中，工程師需要使用多種測試解決方案進(jìn)行必要的測量，以保證物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的正常工作。

圖 1 典型物聯(lián)網(wǎng)模塊結(jié)構(gòu)圖和面臨的測試挑戰(zhàn)

3. 實(shí)時(shí)功耗測試

由于多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都由于地理位置或成本原因，存在模塊或終端不易更新的問題，因此長效工作是物聯(lián)網(wǎng)模塊推廣的關(guān)鍵，某些場合甚至需要 10 年以上，因而功耗是物聯(lián)網(wǎng)終端或模塊最基礎(chǔ)也是最重要的指標(biāo)。

R&S RTE 示波器最多支持兩個(gè) R&S？RT-ZVC 多通道功率探頭模塊，每個(gè)模塊具備四個(gè)電流通道和四個(gè)電壓通道。這 16 個(gè)高精度測量通道可與 R&S？RTE 的高速模擬通道并行使用。關(guān)鍵應(yīng)用包括對 DUT 在啟動(dòng)、正常工作和睡眠模式下的功耗執(zhí)行時(shí)間相關(guān)性測量。

每個(gè) R&S？RT-ZVC 通道使用采樣率為 5 Msample/s 的 18 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，直流電壓測量精度為 0.1%，電流測量精度為 0.2%。出色的模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率可以提供合適的測量動(dòng)態(tài)范圍，可以驗(yàn)證電池供電設(shè)備切換睡眠模式時(shí)從μA 到 A 的電流消耗轉(zhuǎn)換。超高的直流測量精度非常適用于監(jiān)控精密嵌入式設(shè)備中電源路徑上電壓的定時(shí)和容差。

R&S？RT-ZVC 模塊操作完全集成到 R&S？RTE 示波器的圖形用戶界面 （GUI）。R&S？RT-ZVC 通道可以像標(biāo)準(zhǔn)示波器通道一樣進(jìn)行操作，包括顯示位置、垂直縮放以及分析工具（如光標(biāo)測量和自動(dòng)化測量）。

4. 無線連通性測試

物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識(shí)別技術(shù)、通信技術(shù)等廣泛應(yīng)用于公共網(wǎng)絡(luò)的融合中。目前常見的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括 Wifi、Zigbee、藍(lán)牙、RFID、LoRa 和 NB-IoT 等，由于很多物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用的是公共頻段，例如 2.4GHz，不同設(shè)備間的干擾問題在很大程度上影響了設(shè)備正常工作。尤其是隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備越來越普及，越來越多的設(shè)備廠家關(guān)心設(shè)備發(fā)送與接收信號(hào)的質(zhì)量和功率以及對其他設(shè)備的影響程度。

羅德與施瓦茨公司推出的物聯(lián)網(wǎng)無線連通性測試方案，面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)和測試人員，可以輕松幫助客戶測試物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的頻率精度、發(fā)射功率、接收靈敏度、信號(hào)質(zhì)量、占用帶寬、信道功率、鄰道泄漏比、星座圖、EVM 誤差以及對其他設(shè)備的干擾影響等。以上種種指標(biāo)均可以通過羅德與施瓦茨公司的信號(hào)與頻譜分析儀 FPL1007、矢量信號(hào)分析軟件 VSE、功率測量探頭 NRP8S、頻率計(jì)數(shù)器 HM8135-X、矢量信號(hào)發(fā)生器 SMBV100A 等設(shè)備完成測試分析。

方案特色：

· 自動(dòng)測試軟件，輕松完成測試

· 支持 Zigbee、藍(lán)牙、NB-IoT、LoRa 等主流物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

· 單臺(tái)儀表即可完成測試，不需要額外設(shè)備

· 測試結(jié)果通過圖形化和詳細(xì)數(shù)據(jù)表格顯示

· 基于羅德與施瓦茨新型信號(hào)與頻譜分析儀 FPL1007 實(shí)現(xiàn)測試

》》》信號(hào)與頻譜分析儀

圖 2 信號(hào)與頻譜分析儀 FPL1003 或 FPL1007

羅德與施瓦茨公司的信號(hào)與頻譜分析儀 FPL1003 或 FPL1007 可以在時(shí)域、頻域和調(diào)制域?qū)π盘?hào)及物聯(lián)網(wǎng)發(fā)射設(shè)備進(jìn)行分析和測試。時(shí)域可以觀測信號(hào)周期、幅度等特性，尤其是針對脈沖型信號(hào);頻域可以觀測信號(hào)的頻譜、功率、諧波等特性;調(diào)制域可以分析信號(hào)的調(diào)制質(zhì)量，測試 EVM 等參數(shù)。

信號(hào)與頻譜分析儀 FPL1003 或 FPL1007 具有緊湊輕便的設(shè)計(jì)、優(yōu)異的射頻性能、友好的人機(jī)交互界面，使測量變得簡單快捷。FPL1003 或 FPL1007 的主要參數(shù)如下：

· 頻率范圍 5kHz 至 3GHz 或 7.5GHz;

· RBW 分辨率帶寬 1Hz 至 10MHz;

· I/Q 信號(hào)解調(diào)分析帶寬 40MHz;

· SSB 單邊帶相位噪聲 -108dBc/Hz（載頻 1GHz，10kHz 頻偏）;

· 本底噪聲電平 -167dBm/Hz（頻率 3GHz，前置放大器打開）;

· 測量不確定度《0.5dB;

· 支持多通道、多窗口測試，同時(shí)執(zhí)行多種測量任務(wù);

· 10.1 英寸多點(diǎn)觸控電容屏，1280*800 像素，選配電池供電支持移動(dòng)式應(yīng)用;

· 測試功能：模擬調(diào)制解調(diào)分析、數(shù)字調(diào)制解調(diào)分析、物聯(lián)網(wǎng)典型信號(hào)分（Zigbee、Bluetooth、NB-IoT）、功率測量、噪聲系數(shù)及增益測量。

》》》VSE 矢量信號(hào)分析軟件

圖 3 VSE 矢量信號(hào)分析軟件平臺(tái)

VSE 矢量信號(hào)分析儀軟件是羅德與施瓦茨公司最新推出的一體化分析軟件平臺(tái)，可以支持各種模擬信號(hào)、數(shù)字調(diào)試信號(hào)分析，可以安裝運(yùn)行在信號(hào)與頻譜分析儀主機(jī)上運(yùn)行。VSE 矢量信號(hào)分析的主要參數(shù)如下：

· 脈沖信號(hào)測量;

· 模擬信號(hào)分析;

· 數(shù)字調(diào)制信號(hào)分析;

· 各種通信標(biāo)準(zhǔn)制式信號(hào)分析;

· NB-IoT 信號(hào)分析。

》》》功率測量探頭 NRP8S

羅德與施瓦茨功率測量探頭 NRP8S，是通過數(shù)字接口與基礎(chǔ)單元或信號(hào)與頻譜分析儀通信的智能型測量設(shè)備，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，例如發(fā)射機(jī)和放大器的功率測試。功率測量探頭 NRP8S 的主要參數(shù)如下：

圖 4 功率探頭 NRP8S 與功率計(jì)主機(jī) NRP2

· 頻率范圍 10MHz 至 8GHz;

· 功率測量范圍 -70dBm 至+23dBm;

· 快速準(zhǔn)確測量 CW 信號(hào)及調(diào)制信號(hào)的功率。

》》》頻率計(jì)數(shù)器 HM8123-X

圖 5 頻率計(jì)數(shù)器 HM8123-X

頻率計(jì)數(shù)器 HM8123-X 能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的頻率精度測試。頻率計(jì)數(shù)器 HM8123-X 的主要參數(shù)如下：

· 頻率范圍 DC 至 3GHz;

· 輸入 A/B（BNC）：DC 至 200MHz;

輸入 C（SMA）：100MHz 至 3GHz;

· 輸入阻抗 50Ω或 1MΩ可切換;

· 10 位分辨率。

》》》矢量信號(hào)發(fā)生器 SMBV100A

羅德與施瓦茨公司的矢量信號(hào)發(fā)生器 SMBV100A，能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)創(chuàng)建各種定制的和標(biāo)準(zhǔn)的模擬和數(shù)字激勵(lì)信號(hào)，包括各種 IEEE802.11 標(biāo)準(zhǔn)、Bluetooth、Zigbee 等制式。矢量信號(hào)發(fā)生器 SMBV100A 的主要參數(shù)如下：

· 頻率范圍：9kHz（1MHz）至 3.2GHz/6GHz;

· 模擬調(diào)制輸出：AM、FM、ψM;

· 數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出：LTE、WLAN 等;

· 定制的 I/Q 數(shù)字調(diào)制信號(hào)輸出;

· 集成的 ARB 功能可以重放預(yù)先生成的波形。

5. 電源完整性分析

隨著用戶對設(shè)計(jì)小型化、多功能化的需求增加，設(shè)計(jì)人員需要?jiǎng)?chuàng)造更高密度、更快速度、更低功耗以及外形緊湊的電路設(shè)計(jì)。跡線間的距離越來越小，電源電源不斷降低，因此電源完整性問題變得愈加常見。

電源完整性用于分析電力是如何有效地轉(zhuǎn)化并在系統(tǒng)內(nèi)完成從電源到負(fù)載的傳送。通過驅(qū)動(dòng)低功率電子產(chǎn)品，直流電源的電源和容限發(fā)射降低，有的降低±5%到±1%。在輸出電源上的紋波、噪聲和瞬態(tài)會(huì)對時(shí)鐘和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的精度產(chǎn)生不利影響。因此，設(shè)計(jì)人員需要利用電源完整性解決方案，高精度地測量這些低直流電壓。

羅德與施瓦茨公司的 RTM3000 系列 10 位硬件 ADC 和示波器探頭（包括：電源完整性探頭 RT-ZPR20，高靈敏度電流探頭 RT-ZC15B），提供給您最佳的電源完整性測試解決方案。

圖 6 10 位硬件 ADC 示波器 RTM3000

· 電源完整性探頭 RT-ZPR20，可以檢測到電源路徑上微小的偶發(fā)失真，以及微小的交流電源噪聲，RT-ZRP20 還支持高達(dá)±60V 的偏置;

· RT-ZC15B 高靈敏度電流探頭，可以支持μA 級的電流測量。

10 位硬件 ADC 示波器 RTM3000 和探頭的可以組合為理想的電源完整性分析解決方案，適用于通常使用電池供電且外形緊湊的低功率物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

6. 信號(hào)完整性分析

在電子設(shè)備中移動(dòng)信號(hào)需要使用電線或封裝結(jié)構(gòu)，而信號(hào)完整性用于測量這些結(jié)構(gòu)的電性能。當(dāng)今高速數(shù)字設(shè)計(jì)中常見的信號(hào)完整性問題包括反射、損耗、串?dāng)_、失真和電源噪聲，這些問題會(huì)降低系統(tǒng)的整體性能。在這兩個(gè)測量中需要使用時(shí)域測量和頻域矢量網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)，可以幫助設(shè)計(jì)人員充滿信心地診斷和改正信號(hào)完整性問題。

羅德與施瓦茨公司的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 ZNL 時(shí)域測量選件，是嵌入在 ZNL 網(wǎng)絡(luò)分析儀中的應(yīng)用軟件，是理想的信號(hào)完整性分析工具，ZNL 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以同時(shí)提供時(shí)域測量和頻域 S 參數(shù)實(shí)時(shí)測量。

圖 7 帶時(shí)域測量選件的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 ZNL

7. EMI 干擾測試

》》》預(yù)兼容測試

滿足電磁干擾（EMI）兼容性規(guī)定是加快物聯(lián)網(wǎng)模塊或終端產(chǎn)品上市速度的關(guān)鍵，在最后設(shè)計(jì)階段的失敗意味著需要進(jìn)行代價(jià)高昂的重新設(shè)計(jì)，并且耽誤產(chǎn)品的上市時(shí)間。在正式兼容性測試之前執(zhí)行 EMI 預(yù)兼容測試，避免因兼容性測試失敗而造成的重測成本浪費(fèi)，這樣才能更及時(shí)的觀察到干擾信號(hào)，解決電磁干擾 EMI 問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高 EMI 兼容性測試通過率。羅德與施瓦茨公司為您提供出色的電磁干擾 EMI 測量解決方案，適用于產(chǎn)品開發(fā)周期的各個(gè)階段。

為避免因?yàn)闆]能通過兼容性測試而耽誤寶貴的時(shí)間，在 EMI 測量接收機(jī)上運(yùn)行的羅德與施瓦茨 EMI 測量應(yīng)用軟件 ES-SCAN，使您可以對自己的設(shè)計(jì)執(zhí)行預(yù)兼容測量和診斷評測。ES-SCAN 結(jié)合 EMI 測量接收機(jī)是一種低成本的預(yù)兼容測試解決方案。

圖 8 傳導(dǎo) EMI 預(yù)測試（電源線）

圖 9 傳導(dǎo) EMI 預(yù)測試（信號(hào)線）

圖 10 輻射 EMI 預(yù)測試

》》》EMI 干擾定位分析

如果在電磁兼容干擾預(yù)測試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了 EMI 故障，可以使用相應(yīng)的測試工具進(jìn)行干擾定位排查，包括使用 EMI 測量接收機(jī)或高靈敏度示波器和近場探頭掃描特定的頻段，確認(rèn)干擾源的時(shí)域和頻域特征，根據(jù)測量結(jié)果測算出 EMI 噪聲的傳播路徑，最終整改 EMI 噪聲源及其傳播途徑，并驗(yàn)證改進(jìn)后的結(jié)果。

圖 11 EMI 故障點(diǎn)定位分析

8. 物聯(lián)網(wǎng)測試設(shè)備配置列表