基于串口通信开发的BLE芯片测试平台

低功耗蓝牙模块（BLE) 指的是蓝牙4.0 版本以上的模块，也是建立在传统蓝牙基础之上发展起来的，并区别于传统模块，最大的特点就是成本和功耗降低，应用于实时性要求比较高。

市场上低功耗的蓝牙芯片受用户的喜爱度更深，因为它可以降低电子设备的功耗和成本，满足用户的需求。BLE蓝牙芯片有以下特点：低能耗蓝牙芯片具备经典蓝牙芯片的自适应AFH技术，可稳定低能耗蓝牙芯片的传输，因此低能耗蓝牙芯片具有可靠性、安全性和稳定性；连接范围高达300 m；当活动停止时，BLE 蓝牙芯片大部分处于休眠状态，这样可以降低设备的功耗；集成性和易用性；可以兼容BLE蓝牙技术和经典蓝牙技术，兼容性强，还可以实现小型电池供电设备的高性价比。

要保证BLE 蓝牙芯片测试的高效性，本文基于现有蓝牙测试仪表针对某款芯片的测试方案开发蓝牙芯片测试平台，完成蓝牙芯片的一键式自动化测试。

1   GMSK调制

GMSK 调制是基于 MSK 调制的，MSK 本身就是一种连续相位频率偏移调制，在MSK 信号的基础上，为了改善信号的旁瓣衰减性能，人们提出了在MSK 调制器前端增加一个滤波器进行预调制的设想，引出了最小高斯频移键控（GMSK）的思想。双极性脉冲序列在通过高斯低通滤波器后，其信号波形更加平滑，经MSK调制器调制后，产生的调制信号的相位路径更加平滑，功率谱的旁瓣衰减性能更好。GMSK 调制器实现如图1所示。

图1 GMSK调制器

2   非标蓝牙信号和标准蓝牙信号的区别

针对蓝牙信号的两种测试模式，一种模式是芯片发出GMSK调制信号，另一种是标准的蓝牙测试信号，即带有蓝牙数据包信息的前导。图2是两种信号频率偏移（Frequency Deviation）差异。

图2 两种蓝牙芯片信号的区别

3   测试方案

针对蓝牙芯片发出的GMSK 调制信号，时域信号类似于连续波，这种模式的信号对测试包的起始位置没有特殊要求，只需要抓取足够长的信号，进行符号同步，进而进行测试项的计算即可。

针对正常的蓝牙包信号，在时域上是有GAP 的，在抓取芯片信号的时候可以用沿触发进行抓取整包数据，进而进行正常蓝牙信号的解调分析。

蓝牙芯片的测试连接图见图3。

图3 蓝牙芯片的测试连接图

针对蓝牙芯片发出的两种信号，具体的测试流程见图4。

图4 蓝牙芯片信号处理流程

具体过程描述如下：

1）控制蓝牙芯片发送GMSK 调制信号（payload类型11110000）， 仪表配置信号触发模式为“FreeRun”，FPGA 采集数据并保存如DDR 中；

2）ARM 层从DDR 中取所需长度的数据点，并对数据进行打包等预处理，上传到驱动层；

3）驱动层控制完成对信号的解调分析，并计算一些需要的测试项；

4）PC 完成剩余测试项的计算，并统计测试结果上报；

5）控制蓝牙芯片发送GMSK 调制信号（payload类型10101010）， 仪表配置信号触发模式为“FreeRun”，FPGA 采集数据并保存如DDR 中；

6）重复步骤2~4，完成对GMSK 调制信号的测试。

7）控制蓝牙芯片发送BLE 蓝牙信号（payload 类型11110000），仪表配置信号触发模式为“沿触发”，FPGA 采集数据并保存如DDR 中；

8）重复步骤2~4。

9）控制蓝牙芯片发送BLE 蓝牙信号（payload 类型10101010），仪表配置信号触发模式为“沿触发”，FPGA 采集数据并保存如DDR 中；

10）重复步骤2~4，完成对BLE 蓝牙信号的测试；

11）根据测试需要切换频点，重复测试步骤1~10。

4   实例应用

将此方法应用于XX 型号蓝牙芯片测试，连接图如图5所示。

图5 XX型号蓝牙芯片测试测试连接图

启动测试软件，完成芯片测试，测试结果（BLE2M）见图6。

图6 芯片测试结果(BLE2M)

由测试结果可见，本平台完成XX 型号蓝牙芯片测试，测试结果均在芯片给定的指标范围内。

5   结束语

本文针对XX 型号蓝牙芯片，基于现有蓝牙测试仪表设计蓝牙芯片自动化测试平台，通过设计蓝牙芯片和测试仪表的控制流程，完成对蓝牙芯片的一键式自动化测试，测试指标稳定可靠，可应用于蓝牙芯片的产线自动化测试。

参考文献：

[1] Bluetooth Core Specification v 5.0.[M].

[2] 张振环.基于蓝牙的无线测量系统研究与实现[D].北京:北京邮电大学,2008.

[3] 刘建泉.一种蓝牙射频自动化测试系统开发[D].上海:上海交通大学,2016.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年1月17日）