物聯網的測試挑戰如何來克服

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。

無論是將新型物聯網模塊或終端集成到設備中，測試低功耗性能，還是解決設計中碰到的信號傳輸問題，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網設計面臨的種種挑戰，幫助您加快開發速度，縮短產品上市時間。

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。

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）。

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。

方案特色：

· 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

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

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：

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

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

隨著用戶對設計小型化、多功能化的需求增加，設計人員需要創造更高密度、更快速度、更低功耗以及外形緊湊的電路設計。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。

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

在電子設備中移動信號需要使用電線或封裝結構，而信號完整性用于測量這些結構的電性能。當今高速數字設計中常見的信號完整性問題包括反射、損耗、串擾、失真和電源噪聲，這些問題會降低系統的整體性能。在這兩個測量中需要使用時域測量和頻域矢量網絡測量技術，可以幫助設計人員充滿信心地診斷和改正信號完整性問題。

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。

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。

物聯網的測試挑戰如何來克服