LORA 測試規範

關鍵字 :LoRaSemtechTest
客戶在選擇LoRa方案的時候除了評估報價與設計難度之外,生產測試的難易度與標準也是評估的重點。一般來說在Node端,原廠提供的測試項目如下:
      (1) Output Power
      (2) Frequency Tolerance
      (3) Sensitivity
      (4) Current Consumption under TX/RX mode

1. Output Power
    1.1 環境佈置
         下圖1是直接連接測試的環境佈置
         
         直接連接測試適用於天線未與電路集成或可拆卸的LORA設備。
   
    1.2 直接連接測試
       
 (1) 為spectrum analyzer設置以下參數,
              (i) 中心頻率(與 DUT 相同)
              (ii) 合適的 SPAN(例如 2MHZ)
              (iii) 合適的 RBW(例如 1MHZ,使用第 1.4 節中的方法 1-LORA 模式)

         (2) 啟用標記並進行峰值搜索然後讀出結果如下圖2。
         (3) 根據重新定義的上限進行 PASS 或 FAIL 判斷
         (4) 將 RBW 設置為窄值(例如 10KHz 或 3KHZ)並在分析儀上啟用 max-hold 並檢查頻譜是否正常——類似下圖3
         
         

    1.3 空中測試
         
這用於那些 PCB 天線設計(或天線不能與電路斷開連接)。 在這種情況下,可以進行空中測試,環境佈置如下圖4。
          注意:兩側天線的位置和位置應固定,並確保每次將 DUT 放置在完全相同的位置和位置。
         
 
          (1) 選擇 3 個 DUT 作為黃金樣本並進行如下校準,
              (i) 拆下天線並匹配
              (ii) 用射頻電纜將天線饋電點連接到頻譜分析儀,並使用直接連接測試如第 1.2 節(假設結果為 P1)
              (iii) 恢復天線及其匹配並將整個黃金樣本放入屏蔽盒中每次固定位置。 固定分析儀天線,永不改變其位置和方向。 然後讀取分析儀的電源(假設 P2)併計算傳播損耗(P1-P2)
              (iv) 用另外 2 個黃金樣本重複上述測試並取傳播損耗的平均值(注意:3 個黃金樣本的傳播損耗應該非常相似)

          (2) 將新的 DUT 放入與上述校準完全相同的位置的屏蔽盒中,進行空中測試。 考慮傳播損耗,然後判斷(PASS or FAIL)

     1.4 測試方法1 ——LORA模式下
          設置以下參數用於 LORA 模式下的輸出功率測試:
            (i) 射頻頻段和射頻頻率
            (ii) 展頻參數(SF)
            (iii) 頻寬 (BW)
            (iv) 編碼率 (CR)
            (v) 預期輸出功率
            將SX127x設置為發射器模式(如果使用分組模式需要先填充FIFO),然後用頻譜分析儀進行輸出功率測試,使用1.2節詳述的直接測試方法(或1.3節的空中測試)

     1.5 測試方法 2——FSK 模式下
          從 SX127X 數據表中,很容易知道 FSK 採用與 LORA 完全相同的射頻路徑,唯一的區別是調製器和解調器。
          這意味著 LORA 和 FSK 共享相同的 TX 和 RX 硬件。 為此,客戶可以測試FSK模式下的輸出功率,LORA模式在理論上應該達到與FSK相同的輸出功率。
          下面的圖 5 是 FSK 模式下輸出功率測試的示例。

2. Frequency Tolerance
    2.1 環境佈置
         進行直接連線測試時與圖 1 相同,進行空中測試時與圖 4 相同。

    2.2 SX127X 配置
         為 SX127X 設置以下參數
         (i) FSK 模式
         (ii) 設置中心頻率
         (iii) FSK 調製,Fdev = 0
         (iv) 設置連續模式

    2.3 Frequency Tolerance
         根據 1.2 節的配置,請將 SX127X 設置為發射器模式。 使用合適的 SPAN(例如 200KHZ)和分析儀的 RBW(例如 1KHZ)在頻譜分析儀上設置相同的中心頻率。
         進行峰值搜索並讀出如下圖5所示的頻率,然後根據預先定義的限值進行判斷。
         

3. Sensitivity

    3.1 環境佈置
         下圖6是靈敏度測試的環境佈置
         
         注意:信號產生器應支持任意波形。 SEMTECH 可以提供標準的 Matlab 格式的 LORA (.mat 文件),客戶需要使用 SG 供應商提供的軟件工具將這些 .mat 文件轉換為信號發生器的真實波形文件。

    3.2 SX127X 配置
         
(1) 設置以下參數進行靈敏度測試,
             (i) 中心頻率
             (ii) 展頻參數
             (iii) 頻寬
             (iv) 編碼率
           
 (v) 資料長度

         (2) 將SX127X設置為接收模式

    3.3 靈敏度測試
         將 SG 訊號從 -120dBm 降低(或在必要時增加),讀出 RSSI 和 SNR,在達到以下條件時記錄 SG 訊號
         (i) SNR 低於限值
             
             注意:(1)這裡的數據包RSSI不是真實的信號值(需要校準)
                      (2)上表是限制,客戶可以相應地留出一些餘量
         (ii) 檢查丟包是否發生
              使用 SEMTECH 開發版  (SX127x Start Kit A),作封包計算,請參考下圖 7
             

      當上述方法不方便或SG不可用時,客戶可以使用黃金樣本作為發射器和MCU板,在接收器側從SX127X寄存器(類似上圖7的方法)讀取上述RSSI和SNR。 然後在達到上述限制時檢查是否有丟包——MCU 可以通過包的內容來判斷包計數器是否包含在包中。

    3.4 無信號產生器時的靈敏度測試
          當SG不可用時,客戶可以使用校準過的黃金樣本作為發射器,將此發射器的OP設置為最小值(例如PA_BOOST的5dBm)但不連接天線,讓發射器發送配置以下參數的數據包,
          (i) 中心頻率
          (ii) SF 和 BW
          (iii) 編碼率
          (iv) 資料長度
          將 DUT 放在合適的位置/位置,以便達到 3.3 節中的 RSSI 和 SNR 限制,然後檢查接收器是否可以順利獲取數據包(如果可能,請檢查 PER)。

    3.5 靈敏度測試——FSK 模式下
          如第 1.5 節所述,LORA 和 FSK 對 TX 和 RX 使用相同的 RF 路徑,唯一的區別是調製器和解調器。 所以客戶可以檢查FSK模式下的靈敏度,如果FSK模式下靈敏度好,
          那麼這說明RX路徑的HW是好的,LORA也應該有很好的靈敏度。

    3.6 LORA模式下靈敏度測試示範例
          (1)強烈建議在屏蔽箱或房間內進行空中測試
          (2)找到合適的地方後(讀出的RSSI和SNR非常接近3.3節的極限),將每個 DUT 放在相同的位置。
              例如,一對SX1276 EVK,一個作為發射器,參數如下,另一個作為接收器,
              (i) CF = 470MHz
              (ii)SF=12 在 125KHz BW
              (iii) CR=4/6
              (iv) 5dBm 輸出功率(PA_BOOST 的最小值)
              (v) 在 TX 和 RX 接不連接天線
              另一個SX1276 EVK作為接收器,距離發射器約5~10m,RSSI和SNR將接近表1中的限制,然後觀察在這種情況下是否可以正確接收數據包以及是否發生丟包。
              下面的圖 8 是這種情況下接收器的屏幕截圖 – TX 和 RX 之間大約 7m,兩側沒有天線(取決於環境)。
             

4. Current Consumption under TX/RX mode
     進行上述輸出功率和靈敏度測試時,串聯一個儀表,分別讀出TX和RX模式下的電流,檢查是否符合數據表中的規格,以下為參考限值
     

     注意
     (1) 對於變送器電流,<120mA 為50Ω負載時的值。 當天線匹配不好時,電流可能會增加。
     (2) 以上只是RF部分(SX1272/6)的限制,如果MCU和/或其他部分集成在同一塊板上,客戶應該自己設置限制。

5. Discussion
    如果僅在 FSK 模式下測試輸出功率和靈敏度,強烈建議客戶進行 LORA 數據包循環(發送和接收)測試——只需驗證 LORA 數據包是否可以順利發送或接收。
    

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