RES CAP

TC-3000(Bluetooth Tester)장비를 이용하여 제품의 RF성능을 측정하려 합니다.

Bluetooth 4.1 규격을 Test할 예정이며, 측정 항목은 아래와 갔습니다.

• TX

-       Output Power (TRM-LE/CA/01/C)

-       Modulation characteristics (TRM-LE/CA/05/C)

-       Carrier frequency offset and drift (TRM-LE/CA/06/C)

• RX  

-       Receiver sensitivity (RCV-LE/CA/01/C)

-       Maximum input signal level (RCV-LE/CA/06/C)

-       PER Report Integrity (RCV-LE/CA/07/C)

6가지에 대한 측정항목에 대한 설명은 아래 제품을 측정하면서 설명 드리도록 하고, 위 항목은 Bluetooth Low Energy(BLE)에 대한 측정항목이니 참고하시길 바랍니다.(Direct Test Mode)

RF 작업을 진행하기 앞서서 먼저 RF 신호가 나오는 RF라인에서 TEST장비와 연결될 수 있게 작업을 진행해야 합니다.

BLE를 사용하는 제품이라면 Antenna가 기본적으로 있을텐데 Antenna나와 BEL제품 과 연결되는 RF라인을 제거 후 BLE RF라인과 RF Connector만 연결 합니다. 보통 Antenna가 연결된 상태에서 Connector를 다시는 분들도 있지만 제거 후 작업을 해야 간섭이 적습니다.

RF Connector부분의 내경에는 RF Line을 외경에는 GND를 연결 합니다. 이 부분에서 핵심은 GND를 최대한 RF라인과 가깝게 합니다. RF 매칭 Line과 GND가 멀어지게 되면 그 거리만큼 인덕터 영향이 있기 때문에 최대한 가깝게 작업 해줘야 합니다.

TC-3000C 장비를 이용한 RF TEST Connection 환경입니다. 보통 BLE RF TEST를 진행하게 되면 사용한 제품의 전용 소프트웨어가 필요합니다. 장비 메뉴얼과 전용 소프트웨어는 무료로 제공하니 Datasheet를 참고하여 진행 합니다.

BLE 2.4GHz 주파수 측정 대역은 2400~2485.MHz입니다. 2400~2485.MHz 범위 안의 채널에서 동작해야 한다는 의미 입니다.

보통 RF TEST를 진행하면 위처럼 0~39 Channel LOW,MID,HIGH(2402,2440,2480)3가지 Channel을 확인 합니다. 2MHz 단위로 Channel은 구별 됩니다.

4-1. 목적 및 설명

- Outputpower(TRM-LE/CA/01/C) BLE 트랜스미터의 경우 최대 전력 설정에서의 출력 전력 레벨은 아래 표와 같이 0.01mW (-20dBm) ~   10mW (+10dBm)이어야합니다.

4-2. 시험 조건

- DUT는 PRBS9로 TEST Packet을 전송한다.

- Packet 길이: 37

- Frequency: Low(2402), Mid(2440), High(2480)

4-3. 통과 판정

- -20dBm ≤ Pavg ≤ +10dBm

- PPK ≤ Pavg +3dBm

4-4. 장비 설정

- Payload: PRBS 9, Payload's length: 37 bytes, Num. of packets: 1

- Limit : -20.00dBm <= Pavg <= 10.00dBm, Ppk-av <= 3.00dB

- Output Power(TRM-LE/CA/01/C) 측정 DATA

- 실제 장비 측정 이미지 DATA

5-1. 목적 및 설명

- 변조는 대역폭 비트 기간 곱 BT = 0.5 인 GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)입니다. 변조 지수는      0.45와 0.55 사이 여야합니다. 이진수 1은 양의 주파수 편차로 표시되고 이진수 0은 음의 주파수 편차로 표시됩니다. 심벌 타이밍은 ± 20 ppm 미만이어야 합니다..(각 전송 Sequence에 대한 주파수 편차를 보기 위함)

5-2. 시험 조건

▼ ∆f1avg

- DUT Transmits Test Packets : 37 Octet Packet Payload

- Sequence : 1111 0000

▼ ∆f2Max and ∆f2avg

- DUT Transmits Test Packets : 37 Octet Packet Payload

- Sequence : 1010 1010

- Frequency: Low(2402), Mid(2440), High(2480)

5-3. 통과 판정

- 225KHz ≤ ∆f1avg ≤ 275KHz

- 10개의 Test Packet 대해 기록 된 모든 ∆f2Max 주파수 값의 99.9%이상이 185KHz보다 커야한다.

5-4. 장비 설정(d = ∆)

- Payload: 11110000 and 1010 bit patterns, Payload's length: 37 bytes, Number of packets: 10

- Limit : 225.0KHz <= df1_avg <= 275.0KHz, df2_pass_rate >= 99.90%, df2/df1 >= 0.80

- Modulation characteristics(TRM-LE/CA/05/C) 측정 Data

6-1. 목적 및 설명

- 패킷 중 중심 주파수의 편차는 초기 주파수 오프셋과 드리프트를 포함하여 ± 150kHZ를 초과하지 않아야합니다. 패킷 중 주파수 드리프트는 50kHZ 미만, 패킷 중 주파수 드리프트는 50kHZ 미만, 드리프트 속도는 400 HZ/us 미만이어야합니다. 패킷 내 송신기 중심 주파수 드리프트의 한계는 아래 표에 지정되어 있습니다.

6-2. 시험 조건

- DUT Transmits Test Packets: 37 Octet Packet Payload

- Sequence: 1010 1010

- Frequency: Low(2402), Mid(2440), High(2480)

6-3. 통과 판정

- fTX – 150KHz ≤ fn ≤ fTX + 150Khz

- | f0 – fn | ≤ 50 KHz

- | f1 – f0 | ≤ 20 KHz and | fn – f(n-5) |   n=6,7,8,…k ≤ 20 KHz

6-5. 장비 설정(d = ∆)

- Payload: 1010 bit patterns, Payload's length:37 bytes,

- Limit : |fTX-f[n]| <= 150.0KHz, |f[0]-f[n]| <= 50.0KHz, |f[1]-f[0]| <= 20.0KHz, |f[n]-f[n-5]| <= 20.0KHz

- Carrier Frequency offset and Drift(TRM-LE/CA/06/C) 측정 Data

7-1. 목적 및 설명

- 실제 감도 레벨은 원시 비트 오류율 (BER) 0.1 %가 충족되는 입력 레벨로 정의됩니다. 수신기 감도는 송신기 사양을 준수하는 모든 Bluetooth 송신기에서 –70dBm 이하입니다.

7-2. 시험 조건

- DUT는 Test빈도로 수신하도록 설정

- Tester는 PRBS9(37 Octet)로 Test Packet를 전송

- Signal Level: -70dBm

- Frequency: Low(2402), Mid(2440), High(2480)

7-3. 통과 판정

- Tester가 전송한 최소 1500개의 패킷에 대해 30.8% Packet Error Rate

7-4. 장비 설정

- Payload: PBRS9, Payload's length: 37 bytes, Packets to transmit: 1500, RX (DUT) power: -70.00dBm

- Limit: pkts_sent >= 1500, PER < 30.80%

- Receiver Sensitivity (RCV-LE/CA/01/C) 측정 DATA

- 12000Packet전송 실제 장비 측정 이미지 DATA

8-1. 목적 및 설명

- 최대 입력 신호 레벨은 RX 수신기에 허용되는 최대 허용 신호 레벨입니다. DUT는 저, 중, 고주파 채널에서 작동하며 테스터는 -10dBm의 전력 제어 신호 레벨을 보내며 0.1 %의 행 비트 오류율 (BER)을 충족합니다.

8-2. 시험 조건

- DUT는 Test빈도로 수신하도록 설정

- Tester는 PRBS9(37 Octet)로 Test Packet를 전송

- Signal Level: -10dBm

- Frequency: Low(2402), Mid(2440), High(2480)

8-3. 통과 판정

- Tester가 전송한 최소 1500개의 패킷에 대해 30.8%  Packet Error Rate

8-4. 장비 설정

- Payload: PBRS9, Payload's length: 37 bytes, Packets to transmit :1500, RX (DUT) power: -10.00dBm

- Limit: pkts_sent >= 1500, PER < 30.80%

- Maximum input signal level (RCV-LE/CA/06/C) 측정 Data

9-1. 목적 및 설명

- PER 테스트는 테스터가 전송 한 일련의 연속 테스트 패킷 중에서 피 시험 기기가 수신 한 패킷 수를 세는 것에 근거한다. 주파수 호핑이 비활성화 된 상태에서 테스터가 수행됩니다.PER = (피 시험 기기가 CRC를 통과 한 패킷 수 / 테스트에 의해 전송 된 총 패킷 수) 100 %

9-2. 시험 조건

- DUT는 Test빈도로 수신하도록 설정

- Tester는 PRBS9(37 Octet)로 Test Packet를 전송

- Signal Level: -30dBm

- Tester가 전송 한 총 패킷 수는 내부에서 100 ~1500사이의 짝수여야 한다.

- Frequency: Low(2402), Mid(2440), High(2480)

9-3. 통과 판정

- 각 개별 측정에 대해 50% ≤ PER ≤ 65.4%

9-4. 장비 설정

- Payload: PBRS9, Payload's length: 37 bytes, Packets to transmit:1500, RX (DUT) power: -30.00dBm

- Limit: pkts_sent >= 1500, 50.00% <= PER <= 65.40%

- PER Report Integrity (RCV-LE/CA/07/C) 측정 Data

Bluetooth Specification Version 4.1을 적용하여 검토한 결과 TX : Output Power, Modulation characteristics, Carrier frequency offset and drift RX : Receiver sensitivity, Maximum input signal level, PER Report Integrity 항목에 대한 규격에 적합함을 TC-3000장비를 이용해 확인 하였습니다.

TC-3000장비에는 이 외에도 Quick (OP+MOD+CFOD)이라는 측정항목이 있는데요 이 항목은 test조건이 비슷한 TX테스트 항목 Output power, Modulation Characteristics, Carrier frequency offset and drift를 테스트 시간을 단축하기 위해 일괄 측정하는 양산용 TEST Mode이므로 따로 Bluetooth Specification에 있는 항목은 아닙니다. 

[E4407B]Spectrum Analyzer를 이용하여 Dialog Chip에 적용 되는 Crystal의 Crystal Trimming 작업을 진행 하려 합니다.

작업진행에 앞서 Crystal Trimming에 대해서 알아 보려합니다. 

보통 크리스탈은 발진하여 주파수를 만들어 주는 역할을 합니다. 이 부품은 마이컴의 심장 역할이라고도 불리며 Clock이나 신호를 만들어 주는 중요한 부품 이죠 그렇다면 16MHz Crystal을 사용한다면 정확히 16Mhz의 중심 주파수가 나올까?라는 생각을 하게 됩니다. RF성능을 측정하거나 Clock을 이용하여 신호를 만들때 이 역할은 매우 중요하기 때문입니다.

이 역할을 최대한 오차 없이 하기위한 작업으로 Crystal을 Trimming을 해주어 중심 주파수에 근접하게 만들어주는 작업이  Crystal Trimming 입니다.

장비는 E4407B Spectrum Analyzer를 사용하여 측정 하였습니다. 아래 내용은 장비에 사용에 대한 간단한 설명이니 참고용으로 확인 하시면 됩니다.

시료 측정은 아래 그림과 같이 시료 측정 부위에 RF Probe를 이용하여 제품 주파수 영역을 측정 할 수 있습니다.

Crystal Trimming작업은 DA14586제품에 적용된 16MHz Crystal 입니다. 조건내용을 간단하게 정리합니다.

- Product : DA14586 16MHz Crystal

- Firmware Upload Tool : Smart Snippets Toolbox V5.0.10.2434

- measuring Equipment : E4407B(Spectrum Analyzer)

Sample은 3개를 측정하여 아래와 같이 검토를 진행 합니다.

Trimming전 Data를 확인해보니 대략 -170~-200Hz만큼 Center Frequency에서 벗어나는 경향을 확인 했습니다.

Frequency Calibration은 Dialog사의 DA14586 Datasheet를 참고

DA14586 Datasheet Page65~67

Register는 CLK_FREQ_TRIM_REG = 0x000 ~ CLK_FREQ_TRIM_REG = 0x7FF범위 안에서 작업을 진행하면 됩니다.

Trimmig 작업 후 Center Frequency거의 적합한 Data를 확인할 수 있었습니다. 대략 0.5ppm이하로 거의 0Hz오차에 가깝습니다.