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Le principe utilisé par un canal testeur RF pour la capture et l’analyse des signaux RF modulés est similaire à celui utilisé par un analyseur de signaux vectoriels (VSA pour « Vector Signal Analyzer ») [3]. En particulier, le principe consiste à ramener le signal à analyser à une fréquence plus faible en utilisant une technique de transposition de fréquence afin de pouvoir réaliser des mesures d’amplitude et de phase compatibles avec la bande passante de l’instrument. L’architecture générale d’un tel instrument s’organise autour de deux parties principales, une première dédiée à la transposition en fréquence et la numérisation du signal, et une deuxième dédiée à l’analyse du signal en utilisant des techniques de traitement numérique du signal .
Le signal en entrée de l’instrument est un signal RF à une fréquence fp. Ce signal est multiplié par un autre signal (généré par un oscillateur local) à une fréquence f1 proche de la fréquence du signal d’entrée. Le signal en entrée est ainsi transposé autour de 2 fréquences : f1 + fp et f1 − fp. Un filtre passe-bande est utilisé pour ne conserver que la composante basse fréquence du signal et éviter du repliement de spectre. Le signal résultant est un signal à fréquence intermédiaire qui est ensuite numérisé par un Convertisseur Numérique Analogique (ADC).
Une fois l’acquisition réalisée, des opérations de traitement numérique du signal sont exécutées par un DSP (« Digital Signal Processor ») pour séparer les deux composantes principales du signal (composante en phase et composante en quadrature de phase) et implémenter différents tests. Dans le contexte du test de production d’un circuit RF, la vérification de la chaîne d’émission implique 4 types de test détaillés ci-dessous :
Test fonctionnel
L’objectif de ce test est de vérifier la fonction première de la chaine d’émission, à savoir sa capacité à transmettre correctement un message d’information codé par une séquence binaire. Pour cela, une séquence de données binaires est émise par le circuit. L’équipement de test numérise le signal RF généré et effectue la démodulation. Le résultat binaire de la démodulation doit être identique à la séquence en entrée du modulateur de la chaîne d’émission.
Test de puissance
Le circuit doit délivrer une puissance suffisante. Si ce n’est pas le cas, la portée de la communication sera affaiblie. Cependant, en fonction de la fréquence porteuse utilisée, un certain niveau de puissance ne doit pas être dépassé afin de respecter les normes en vigueur. L’objectif du test de puissance est de vérifier que la puissance émise par le circuit est conforme aux spécifications, sur l’ensemble de la gamme possible pour la programmation en puissance du circuit. En pratique, le niveau de puissance est généralement vérifié pour trois niveaux de programmation (typiquement +10dBm, 0dBm et -10dBm).
Test de masque spectral
Le spectre du signal émis doit respecter un gabarit défini par les normes de communication. Notamment, les lobes du spectre et les possibles harmoniques ne doivent pas dépasser une certaine puissance afin de ne pas interférer avec d’autres communications. Concrètement, l’équipement de test calcule le spectre du signal capturé avec une FFT (« Fast Fourier Transform ») et vérifie que le spectre obtenu rentre dans le gabarit spécifié. Ce test de masque spectral est effectué à la puissance maximale que le circuit peut délivrer.
Mesure du vecteur d’erreur sur la constellation (EVM)
Le dernier test qui doit être réalisé porte sur la qualité de modulation du signal émis. La métrique classiquement utilisée pour quantifier cette qualité est l’amplitude du vecteur d’erreur, plus connue sous son acronyme anglo-saxon EVM (« Error Vector Magnitude »). Cette mesure est réalisée à partir du diagramme de constellation. En effet dans une modulation numérique, chaque symbole peut être représenté par un nombre complexe dont le module correspond à l’amplitude et l’argument à la phase du signal modulé à l’instant de réception du symbole. Chaque symbole peut donc être positionné dans un système de coordonnées bidimensionnel avec comme abscisse la composante réelle (axe des I ou « en-phase ») et comme ordonnée la composante imaginaire (axe des Q ou « en-quadrature). L’ensemble des symboles reçus constitue le diagramme de constellation. Dans le cas d’un circuit idéal, l’emplacement des points de la constellation est parfaitement connu et ne dépend que du type de modulation utilisée. Toutefois dans le cas d’un circuit réel, diverses imperfections du circuit peuvent entraîner une légère différence entre la constellation souhaitée (idéale) et la constellation obtenue physiquement. L’EVM est une mesure de cette différence et est représentatif de la qualité du signal modulé. Si l’EVM est trop important, le récepteur risque d’avoir des difficultés à démoduler le signal reçu. Certains bits reçus peuvent être erronés [4,5], entraînant une augmentation du BER (Bit Error Rate). Concrètement, l’EVM se calcule à partir des vecteurs d’erreur mesurés dans le digramme de constellation pour chaque symbole reçu, où le vecteur d’erreur est défini comme la différence entre la position du symbole reçu et la position idéale . La moyenne quadratique du module de ces vecteurs d’erreur sur l’ensemble des symboles, normalisée par l’amplitude maximale du signal, donne l’EVM.
Tout comme le test de masque spectral, la mesure d’EVM est réalisée à la puissance maximale que le circuit est capable de délivrer. En effet, il s’agit du cas le plus défavorable où l’amplificateur de puissance est le plus susceptible de dégrader la qualité du signal généré.Pour un produit ZigBee, la norme IEEE 802.15.4 spécifie que l’EVM doit être inférieur à 35% et qu’il doit être mesuré sur 1000 symboles. Il est aussi spécifié que l’EVM doit être calculé en compensant l’offset de fréquence et de phase.
Introduction |
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