物聯網測試解決方案

1. 前言

物聯網(IoT)是新一代信息技術的重要組成部分，也是信息化時代發展進步的重要階段。物聯網這一概念在最近幾年集中大爆發，現已成為當先最熱門的技術熱點之一。物聯網的技術愿景是將數量巨大的智能終端實現聯接，物聯網技術尤其是物聯網應用正影響著我們生活的方方面面，包括家庭自動化設備、娛樂系統、安全和報警系統、智能手表和可穿戴健康監測設備、智能交通設備、廢料處理設備、互聯汽車、智能家居以及共享單車等等，物聯網幾乎涉及到每一種工業、消費、醫療及生活應用。

這些物聯網設備給設計師、工程師、制造商、運營商等帶來了獨特的挑戰，例如設計智能手表和健身監測儀等設備時，必須滿足體積小、性價比高和低功耗的要求。電源和信號路徑過于接近時，由于電容和電感會發生耦合，可能導致信號干擾和串擾問題，因此設計師需要使用密集的、高度集成的電路和SoC(片上系統)器件。新硬件必須支持多種無線平臺，且保持低功耗，也必須支持多種無線致式，以確保不同設備技術或系統之間的互操作性和互聯性。

2. 具有物聯網功能設備面臨的測試挑戰

鑒于物聯網設備的復雜性，設計開發人員在開發出可用產品之前必須解決諸多問題。如圖1所示，設備的各個方面都會帶來特定的挑戰。在整個開發過程中，工程師需要使用多種測試解決方案進行必要的測量，以保證物聯網設備的正常工作。

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圖1 典型物聯網模塊結構圖和面臨的測試挑戰

3. 實時功耗測試

由于多數物聯網應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網模塊推廣的關鍵，某些場合甚至需要10年以上，因而功耗是物聯網終端或模塊最基礎也是最重要的指標。

R&S RTE示波器最多支持兩個 R&S®RT-ZVC 多通道功率探頭模塊，每個模塊具備四個電流通道和四個電壓通道。這 16個高精度測量通道可與 R&S®RTE 的高速模擬通道并行使用。關鍵應用包括對 DUT 在啟動、正常工作和睡眠模式下的功耗執行時間相關性測量。

每個 R&S®RT-ZVC 通道使用采樣率為 5 Msample/s 的 18 位模數轉換器進行采樣，直流電壓測量精度為 0.1%，電流測量精度為 0.2%。出色的模數轉換器分辨率可以提供合適的測量動態范圍，可以驗證電池供電設備切換睡眠模式時從μA 到 A 的電流消耗轉換。超高的直流測量精度非常適用于監控精密嵌入式設備中電源路徑上電壓的定時和容差。

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 通道可以像標準示波器通道一樣進行操作，包括顯示位置、垂直縮放以及分析工具（如光標測量和自動化測量）。

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4. 無線連通性測試

物聯網通過智能感知、識別技術、通信技術等廣泛應用于公共網絡的融合中。目前常見的物聯網技術包括Wifi、Zigbee、藍牙、RFID、LoRa和NB-IoT等，由于很多物聯網技術使用的是公共頻段，例如2.4GHz，不同設備間的干擾問題在很大程度上影響了設備正常工作。尤其是隨著物聯網設備越來越普及，越來越多的設備廠家關心設備發送與接收信號的質量和功率以及對其他設備的影響程度。

羅德與施瓦茨公司推出的物聯網無線連通性測試方案，面向產品設計、研發和測試人員，可以輕松幫助客戶測試物聯網設備的頻率精度、發射功率、接收靈敏度、信號質量、占用帶寬、信道功率、鄰道泄漏比、星座圖、EVM誤差以及對其他設備的干擾影響等。以上種種指標均可以通過羅德與施瓦茨公司的信號與頻譜分析儀FPL1007、矢量信號分析軟件VSE、功率測量探頭NRP8S、頻率計數器HM8135-X、矢量信號發生器SMBV100A等設備完成測試分析。

· 自動測試軟件，輕松完成測試

· 支持Zigbee、藍牙、NB-IoT、LoRa等主流物聯網技術

· 單臺儀表即可完成測試，不需要額外設備

· 測試結果通過圖形化和詳細數據表格顯示

· 基于羅德與施瓦茨新型信號與頻譜分析儀FPL1007實現測試

>>>信號與頻譜分析儀

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圖2 信號與頻譜分析儀FPL1003或FPL1007

羅德與施瓦茨公司的信號與頻譜分析儀FPL1003或FPL1007可以在時域、頻域和調制域對信號及物聯網發射設備進行分析和測試。時域可以觀測信號周期、幅度等特性，尤其是針對脈沖型信號；頻域可以觀測信號的頻譜、功率、諧波等特性；調制域可以分析信號的調制質量，測試EVM等參數。

信號與頻譜分析儀FPL1003或FPL1007具有緊湊輕便的設計、優異的射頻性能、友好的人機交互界面，使測量變得簡單快捷。FPL1003或FPL1007的主要參數如下：

· 頻率范圍5kHz至3GHz或7.5GHz；

· RBW分辨率帶寬1Hz至10MHz；

· I/Q信號解調分析帶寬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，同時執行多種測量任務；

· 10.1英寸多點觸控電容屏，1280*800像素，選配電池供電支持移動式應用；

· 測試功能：模擬調制解調分析、數字調制解調分析、物聯網典型信號分(Zigbee、Bluetooth、NB-IoT)、功率測量、噪聲系數及增益測量。

>>>VSE矢量信號分析軟件

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圖3 VSE矢量信號分析軟件平臺

VSE矢量信號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，可以支持各種模擬信號、數字調試信號分析，可以安裝運行在信號與頻譜分析儀主機上運行。VSE矢量信號分析的主要參數如下：

· 脈沖信號測量；

· 模擬信號分析；

· 數字調制信號分析；

· 各種通信標準制式信號分析；

· NB-IoT信號分析。

>>>功率測量探頭NRP8S

羅德與施瓦茨功率測量探頭NRP8S，是通過數字接口與基礎單元或信號與頻譜分析儀通信的智能型測量設備，能夠滿足物聯網設備，例如發射機和放大器的功率測試。功率測量探頭NRP8S的主要參數如下：

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圖4 功率探頭NRP8S與功率計主機NRP2

· 頻率范圍10MHz至8GHz；

· 功率測量范圍-70dBm至+23dBm；

· 快速準確測量CW信號及調制信號的功率。

>>>頻率計數器HM8123-X

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圖5 頻率計數器HM8123-X

頻率計數器HM8123-X能夠滿足物聯網設備的頻率精度測試。頻率計數器HM8123-X的主要參數如下：

· 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。

>>>矢量信號發生器SMBV100A

羅德與施瓦茨公司的矢量信號發生器SMBV100A，能夠為物聯網創建各種定制的和標準的模擬和數字激勵信號，包括各種IEEE802.11標準、Bluetooth、Zigbee等制式。矢量信號發生器SMBV100A的主要參數如下：

· 頻率范圍：9kHz(1MHz)至3.2GHz/6GHz；

· 模擬調制輸出：AM、FM、ψM;

· 數字通信標準信號輸出：LTE、WLAN等；

· 定制的I/Q數字調制信號輸出；

· 集成的ARB功能可以重放預先生成的波形。

5. 電源完整性分析

電源完整性用于分析電力是如何有效地轉化并在系統內完成從電源到負載的傳送。通過驅動低功率電子產品，直流電源的電源和容限發射降低，有的降低±5%到±1%。在輸出電源上的紋波、噪聲和瞬態會對時鐘和數字數據的精度產生不利影響。因此，設計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。

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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失真，以及微小的交流電源噪聲，RT-ZRP20還支持高達±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網設備。

6. 信號完整性分析

羅德與施瓦茨公司的矢量網絡分析儀ZNL時域測量選件，是嵌入在ZNL網絡分析儀中的應用軟件，是理想的信號完整性分析工具，ZNL矢量網絡分析儀可以同時提供時域測量和頻域S參數實時測量。

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圖7 帶時域測量選件的矢量網絡分析儀ZNL

7. EMI干擾測試

>>>預兼容測試

滿足電磁干擾(EMI)兼容性規定是加快物聯網模塊或終端產品上市速度的關鍵，在最后設計階段的失敗意味著需要進行代價高昂的重新設計，并且耽誤產品的上市時間。在正式兼容性測試之前執行EMI預兼容測試，避免因兼容性測試失敗而造成的重測成本浪費，這樣才能更及時的觀察到干擾信號，解決電磁干擾EMI問題，優化設計，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，適用于產品開發周期的各個階段。

為避免因為沒能通過兼容性測試而耽誤寶貴的時間，在EMI測量接收機上運行的羅德與施瓦茨EMI測量應用軟件ES-SCAN，使您可以對自己的設計執行預兼容測量和診斷評測。ES-SCAN結合EMI測量接收機是一種低成本的預兼容測試解決方案。

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圖8 傳導EMI預測試(電源線)

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圖9 傳導EMI預測試(信號線)

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圖10 輻射EMI預測試

>>>EMI干擾定位分析

如果在電磁兼容干擾預測試的時候發現了EMI故障，可以使用相應的測試工具進行干擾定位排查，包括使用EMI測量接收機或高靈敏度示波器和近場探頭掃描特定的頻段，確認干擾源的時域和頻域特征，根據測量結果測算出EMI噪聲的傳播路徑，最終整改EMI噪聲源及其傳播途徑，并驗證改進后的結果。

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圖11 EMI故障點定位分析

8. 物聯網測試設備配置列表