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
(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
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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