基于串口通信開發的BLE芯片測試平臺

低功耗藍牙模塊（BLE) 指的是藍牙4.0 版本以上的模塊，也是建立在傳統藍牙基礎之上發展起來的，并區別于傳統模塊，最大的特點就是成本和功耗降低，應用于實時性要求比較高。

市場上低功耗的藍牙芯片受用戶的喜愛度更深，因為它可以降低電子設備的功耗和成本，滿足用戶的需求。BLE藍牙芯片有以下特點：低能耗藍牙芯片具備經典藍牙芯片的自適應AFH技術，可穩定低能耗藍牙芯片的傳輸，因此低能耗藍牙芯片具有可靠性、安全性和穩定性；連接范圍高達300 m；當活動停止時，BLE 藍牙芯片大部分處于休眠狀態，這樣可以降低設備的功耗；集成性和易用性；可以兼容BLE藍牙技術和經典藍牙技術，兼容性強，還可以實現小型電池供電設備的高性價比。

要保證BLE 藍牙芯片測試的高效性，本文基于現有藍牙測試儀表針對某款芯片的測試方案開發藍牙芯片測試平臺，完成藍牙芯片的一鍵式自動化測試。

1   GMSK調制

GMSK 調制是基于 MSK 調制的，MSK 本身就是一種連續相位頻率偏移調制，在MSK 信號的基礎上，為了改善信號的旁瓣衰減性能，人們提出了在MSK 調制器前端增加一個濾波器進行預調制的設想，引出了最小高斯頻移鍵控（GMSK）的思想。雙極性脈沖序列在通過高斯低通濾波器后，其信號波形更加平滑，經MSK調制器調制后，產生的調制信號的相位路徑更加平滑，功率譜的旁瓣衰減性能更好。GMSK 調制器實現如圖1所示。

圖1 GMSK調制器

2   非標藍牙信號和標準藍牙信號的區別

針對藍牙信號的兩種測試模式，一種模式是芯片發出GMSK調制信號，另一種是標準的藍牙測試信號，即帶有藍牙數據包信息的前導。圖2是兩種信號頻率偏移（Frequency Deviation）差異。

圖2 兩種藍牙芯片信號的區別

3   測試方案

針對藍牙芯片發出的GMSK 調制信號，時域信號類似于連續波，這種模式的信號對測試包的起始位置沒有特殊要求，只需要抓取足夠長的信號，進行符號同步，進而進行測試項的計算即可。

針對正常的藍牙包信號，在時域上是有GAP 的，在抓取芯片信號的時候可以用沿觸發進行抓取整包數據，進而進行正常藍牙信號的解調分析。

藍牙芯片的測試連接圖見圖3。

圖3 藍牙芯片的測試連接圖

針對藍牙芯片發出的兩種信號，具體的測試流程見圖4。

圖4 藍牙芯片信號處理流程

具體過程描述如下：

1）控制藍牙芯片發送GMSK 調制信號（payload類型11110000）， 儀表配置信號觸發模式為“FreeRun”，FPGA 采集數據并保存如DDR 中；

2）ARM 層從DDR 中取所需長度的數據點，并對數據進行打包等預處理，上傳到驅動層；

3）驅動層控制完成對信號的解調分析，并計算一些需要的測試項；

4）PC 完成剩余測試項的計算，并統計測試結果上報；

5）控制藍牙芯片發送GMSK 調制信號（payload類型10101010）， 儀表配置信號觸發模式為“FreeRun”，FPGA 采集數據并保存如DDR 中；

6）重復步驟2~4，完成對GMSK 調制信號的測試。

7）控制藍牙芯片發送BLE 藍牙信號（payload 類型11110000），儀表配置信號觸發模式為“沿觸發”，FPGA 采集數據并保存如DDR 中；

8）重復步驟2~4。

9）控制藍牙芯片發送BLE 藍牙信號（payload 類型10101010），儀表配置信號觸發模式為“沿觸發”，FPGA 采集數據并保存如DDR 中；

10）重復步驟2~4，完成對BLE 藍牙信號的測試；

11）根據測試需要切換頻點，重復測試步驟1~10。

4   實例應用

將此方法應用于XX 型號藍牙芯片測試，連接圖如圖5所示。

圖5 XX型號藍牙芯片測試測試連接圖

啟動測試軟件，完成芯片測試，測試結果（BLE2M）見圖6。

圖6 芯片測試結果(BLE2M)

由測試結果可見，本平臺完成XX 型號藍牙芯片測試，測試結果均在芯片給定的指標范圍內。

5   結束語

本文針對XX 型號藍牙芯片，基于現有藍牙測試儀表設計藍牙芯片自動化測試平臺，通過設計藍牙芯片和測試儀表的控制流程，完成對藍牙芯片的一鍵式自動化測試，測試指標穩定可靠，可應用于藍牙芯片的產線自動化測試。

參考文獻：

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[2] 張振環.基于藍牙的無線測量系統研究與實現[D].北京:北京郵電大學,2008.

[3] 劉建泉.一種藍牙射頻自動化測試系統開發[D].上海:上海交通大學,2016.

（本文來源于《電子產品世界》雜志2023年1月17日）