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從智能家居、智慧城市、智能工業(yè)等領(lǐng)域，不斷更新迭代的藍牙設(shè)備給人們提供了一個無限可能的智能生活場景。藍牙已經(jīng)融入我們生活的方方面面，悄無聲息地改變著我們的生活習慣，讓我們的日常生活變得更加便利。在我們身邊曾經(jīng)簡樸、分割的一切，現(xiàn)在都開始連接，并且變得智能。

回顧藍牙V1.0 到 V5.2 的技術(shù)變遷，從音頻傳輸、圖文傳輸、視頻傳輸，再到以低功耗為主打的物聯(lián)網(wǎng)傳輸。藍牙無線技術(shù)以其加密措施完善，傳輸過程穩(wěn)定以及兼容設(shè)備豐富等諸多優(yōu)點從眾多無線傳輸技術(shù)中脫穎而出。尤其是在授權(quán)門檻逐漸降低的今天，藍牙技術(shù)開始真正普及到各類數(shù)碼設(shè)備。

隨著藍牙技術(shù)的廣泛應(yīng)用，藍牙IC的市場需求量不斷增加，ATE測試作為藍牙IC生產(chǎn)環(huán)節(jié)中重要一環(huán)，也是IC質(zhì)量的關(guān)鍵把關(guān)途徑，它是非常耗費成本的一個工序，如何能滿足客戶越來越高的測試性能要求同時又兼顧成本考量，成了ATE廠家面臨的新挑戰(zhàn)。

今天小編就帶著大家來聊一聊關(guān)于藍牙IC ATE測試的那些事。在開始聊測試方案之前我們先一起學(xué)習一下藍牙技術(shù)以及藍牙技術(shù)更新迭代發(fā)展史。

一、藍牙概述

藍牙技術(shù)是一種尖端的開放式無線通訊標準，能夠在短距離范圍內(nèi)無線連接桌上型電腦與筆記本電腦、便攜設(shè)備、PDA、移動電話、拍照手機、打印機、數(shù)碼相機、耳麥、鍵盤甚至是電腦鼠標；

藍牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps，采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。

相比于其他無線技術(shù)：紅外、無線2.4G、WiFi來說，藍牙具有加密措施完善，傳輸過程穩(wěn)定以及兼容設(shè)備豐富等諸多優(yōu)點。尤其是在授權(quán)門檻逐漸降低的今天，藍牙技術(shù)開始真正普及到所有的數(shù)碼設(shè)備。不過，藍牙這一路走來也并非完美，從1.0到4.2，再到現(xiàn)在的5.0，是一個不平凡的過程。

二、藍牙技術(shù)發(fā)展史

第一代藍牙：關(guān)于短距離通訊早期的探索

1999 年：藍牙 1.0

早期的藍牙 1.0 A 和 1.0B 版存在多個問題，有多家廠商指出他們的產(chǎn)品互不兼容。同時，在兩個設(shè)備“鏈接”（Handshaking）的過程中，藍牙硬件的地址（BD_ADDR）會被發(fā)送出去，在協(xié)議的層面上不能做到匿名，造成泄漏數(shù)據(jù)的危險。

因此，當 1.0 版本推出以后，藍牙并未立即受到廣泛的應(yīng)用。除了當時對應(yīng)藍牙功能的電子設(shè)備種類少，藍牙裝置也十分昂貴。

2001 年：藍牙 1.1

藍牙 1.1 版正式列入 IEEE 802.15.1 標準，該標準定義了物理層（PHY）和媒體訪問控制（MAC）規(guī)范，用于設(shè)備間的無線連接，傳輸率為 0.7Mbps。但因為是早期設(shè)計，容易受到同頻率之間產(chǎn)品干擾，影響通訊質(zhì)量。

2003 年：藍牙 1.2

藍牙 1.2 版針對 1.0 版本暴露出的安全性問題，完善了匿名方式，新增屏蔽設(shè)備的硬件地址（BD_ADDR）功能，保護用戶免受身份嗅探攻擊和跟蹤，同時向下兼容 1.1 版。此外，還增加了四項新功能；

AFH（Adaptive Frequency Hopping）適應(yīng)性跳頻技術(shù)，減少了藍牙產(chǎn)品與其它無線通訊裝置之間所產(chǎn)生的干擾問題；

支持 Stereo 音效的傳輸要求，但只能以單工方式工作。

第二代藍牙：發(fā)力傳輸速率的 EDR 時

2004 年：藍牙 2.0

藍牙 2.0 是 1.2 版本的改良版，新增的 EDR（Enhanced Data Rate）技術(shù)通過提高多任務(wù)處理和多種藍牙設(shè)備同時運行的能力，使得藍牙設(shè)備的傳輸率可達 3Mbps。

藍牙 2.0 支持雙工模式：可以一邊進行語音通訊，一邊傳輸文檔/高質(zhì)素圖片。

同時，EDR 技術(shù)通過減少工作負債循環(huán)來降低功耗，由于帶寬的增加，藍牙 2.0 增加了連接設(shè)備的數(shù)量。

2007 年：藍牙 2.1

藍牙 2.1 新增了 Sniff Subrating 省電功能，將設(shè)備間相互確認的訊號發(fā)送時間間隔從舊版的 0.1 秒延長到 0.5 秒左右，從而讓藍牙芯片的工作負載大幅降低。

另外，新增 SSP 簡易安全配對功能，改善了藍牙設(shè)備的配對體驗，同時提升了使用和安全強度。

第三代藍牙：High Speed，傳輸速率高達 24Mbps

2009 年：藍牙 3.0

藍牙 3.0 新增了可選技術(shù) High Speed，High Speed 可以使藍牙調(diào)用 802.11 WiFi 用于實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸率高達 24Mbps，是藍牙 2.0 的 8 倍。

藍牙 3.0 的核心是 AMP（Generic Alternate MAC/PHY），這是一種全新的交替射頻技術(shù)，允許藍牙協(xié)議棧針對任一任務(wù)動態(tài)地選擇正確射頻。

功耗方面，藍牙 3.0 引入了 EPC 增強電源控制技術(shù)，再輔以 802.11，實際空閑功耗明顯降低。

第四代藍牙：主推” Low Energy”低功耗

2010 年：藍牙 4.0

藍牙 4.0 是迄今為止第一個藍牙綜合協(xié)議規(guī)范，將三種規(guī)格集成在一起。其中最重要的變化就是 BLE（Bluetooth Low Energy）低功耗功能，提出了低功耗藍牙、傳統(tǒng)藍牙和高速藍牙三種模式：

”高速藍牙“主攻數(shù)據(jù)交換與傳輸；“傳統(tǒng)藍牙”則以信息溝通、設(shè)備連接為重點；”低功耗藍牙“以不需占用太多帶寬的設(shè)備連接為主，功耗較老版本降低了 90%。

2013 年：藍牙 4.1

藍牙 4.1 在傳輸速度和傳輸范圍上變化很小，但在軟件方面有著明顯的改進。此次更新目的是為了讓 Bluetooth Smart 技術(shù)最終成為物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）發(fā)展的核心動力。

支持與 LTE 無縫協(xié)作。當藍牙與 LTE 無線電信號同時傳輸數(shù)據(jù)時，那么藍牙 4.1 可以自動協(xié)調(diào)兩者的傳輸信息，以確保協(xié)同傳輸，降低相互干擾。

2014 年：藍牙 4.2

藍牙 4.2 的傳輸速度更加快速，比上代提高了 2.5 倍，因為藍牙智能（Bluetooth Smart）數(shù)據(jù)包的容量提高，其可容納的數(shù)據(jù)量相當于此前的10倍左右。

改善了傳輸速率和隱私保護程度，藍牙信號想要連接或者追蹤用戶設(shè)備，必須經(jīng)過用戶許可。用戶可以放心使用可穿戴設(shè)備而不用擔心被跟蹤。

第五代藍牙：開啟「物聯(lián)網(wǎng)」時代大門

2016 年：藍牙 5.0

藍牙 5.0 在低功耗模式下具備更快更遠的傳輸能力，傳輸速率是藍牙 4.2 的兩倍（速度上限為 2Mbps），有效傳輸距離是藍牙 4.2 的四倍（理論上可達 300 米），數(shù)據(jù)包容量是藍牙 4.2 的八倍。支持室內(nèi)定位導(dǎo)航功能，結(jié)合 WiFi 可以實現(xiàn)精度小于 1 米的室內(nèi)定位。針對 IoT 物聯(lián)網(wǎng)進行底層優(yōu)化，力求以更低的功耗和更高的性能為智能家居服務(wù)。

2020年1月7日，在美國拉斯維加斯舉辦的CES2020展會上，藍牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group，簡稱SIG）宣布即將發(fā)布新一代藍牙音頻技術(shù)標準—低功耗音頻LE Audio，新一代藍牙音頻技術(shù)打破了經(jīng)典藍牙音頻的市場壟斷地位，開創(chuàng)了藍牙無線音頻新市場。LE Audio不僅在音頻質(zhì)量上面做出了提升，更是加入了低功耗特性，使得藍牙音頻能夠在更多場景中應(yīng)用。

在介紹完藍牙技術(shù)的發(fā)展史后，相信大家對藍牙技術(shù)已經(jīng)有了一個初步的認識，接下來小編將以BLE（低功耗藍牙）為例，帶大家再來聊一聊藍牙IC的測試要求以及ATE測試方案；

三、BLE測試需求

1.藍牙測試中關(guān)鍵技術(shù)點介紹

（1）藍牙協(xié)議棧

Generic Access Profile（GAP）

前面Link Layer雖然對連接建立的過程做了定義，但它并沒有體現(xiàn)到Application（或者Profile）層面，而GAP則是直接與應(yīng)用程序或配置文件通信的接口，它實現(xiàn)了如下功能：定義GAP層的藍牙設(shè)備角色（role），定義GAP層的用于實現(xiàn)各種通信的操作模式（Operational Mode）和過程（Procedures），定義User Interface有關(guān)的藍牙參數(shù)，包括藍牙地址、藍牙名稱、藍牙的PIN碼等；

主機控制接口層（Host Controller Interface，簡寫 HCI）：定義Host（主機）和Controller（控制器）之間的通信協(xié)議，這一層可以是軟件或者硬件接口，如UART、SPI、USB等。

Link Layer用于控制設(shè)備的射頻狀態(tài)，設(shè)備將處于Standby（待機）、Advertising（通告）、Scanning（掃描）、Initiating（初始化）、Connection（連接）這五種狀態(tài)中的一種。

由于BLE屬于無線通信，則其通信介質(zhì)是一定頻率范圍下的頻帶資源（Frequency Band）；BLE的市場定位是個體和民用，因此使用免費的ISM頻段（頻率范圍是2.400-2.4835 GHz）；為了同時支持多個設(shè)備，將整個頻帶分為40份，每份的帶寬為2MHz，稱作RF Channel。

（2）BLE物理通道

經(jīng)過上面的定義之后，BLE的物理通道已經(jīng)出來了，即“頻道分別是‘f=2402 +k * 2 MHz, k=0, … ,39’，帶寬為2MHz”的40個RF Channel。

在鏈路層，將40個信道分為廣播信道和數(shù)據(jù)信道，有3個信道是advertising channel（廣播通道），分別是37、38、39，用于發(fā)現(xiàn)設(shè)備（Scanning devices）、初始化連接（initiating a connection）和廣播數(shù)據(jù)（broadcasting date）；剩下的37個信道為data channel（數(shù)據(jù)通道），用于兩個連接的設(shè)備間的通訊。

廣播信道分散在距離較遠的頻段上，過度的集中會導(dǎo)致如果該頻段受干擾嚴重，可能廣播就無法進行的情況，分散的目的是為了增加容錯率。

（3）藍牙包格式

? 常見藍牙數(shù)據(jù)包類型很多，但是通常只有DH (Data High-rate) and DM (Data Medium-rate) 兩種類型會被應(yīng)用于生產(chǎn)測試中。

? DH、DM均有三種等級，分別為單時隙、3倍時隙和5倍時隙，每個DM或DH數(shù)據(jù)包后標有相應(yīng)的數(shù)字，用來指示該數(shù)據(jù)包的長度。

? Standard Data Rate (1Mbps)

? DH1, DH3, DH5

? DM1, DM3, DM5

? EDR 2Mbps Data Rate (pi/4-DQPSK modulation)

? 2-DH1, 2-DH3, 2-DH5

? 2-DM1, 2-DM3, 2-DM5

? EDR 3Mbps Data Rate (8DPSK modulation)

? 3-DH1, 3-DH3, 3-DH5

? 3-DM1, 3-DM3, 3-DM5

（4）藍牙有效載荷類型（payload）

在生產(chǎn)測試中有三種不同的payload（有效載荷）類型，每一種payload側(cè)重device 的一種測試：

? PRBS9

? 發(fā)送頻譜分布接近實際信號的偽隨機序列，測試device工作性能；

? 10101010

? 針對調(diào)制濾波器模塊；

? 通過顯著改變頻譜形狀對發(fā)射機輸出能力進行壓力測試；

? 11110000

? 主要用來檢測DUT內(nèi)部高斯濾波器；

（5）藍牙自適應(yīng)跳頻技術(shù)

藍牙技術(shù)是工作在2.4GHz免費工業(yè)頻段上的短距離無線通信技術(shù)，同時工作在2.4G頻率上的還有其他無線通信標準，例如802.11。我們知道如果兩種頻率同時工作在同一個頻率段，那么就會產(chǎn)生相互干擾，造成數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量降低。因此早期的藍牙設(shè)計者考慮了這些問題后，決定采用調(diào)頻的技術(shù)避免和802.11的頻率競爭，即在每一個固定的頻率上只駐留很短的時間然后在換一個頻率進行數(shù)據(jù)的通信。

? 自適應(yīng)跳頻技術(shù)（AFH）是建立在自動信道質(zhì)量分析基礎(chǔ)上的一種頻率自適應(yīng)和功率自適應(yīng)控制相結(jié)合的跳頻技術(shù)。該技術(shù)能使跳頻通信過程自動避開被干擾的跳頻頻率點，并以最小的發(fā)射功率、最低的被截獲概率，達到在無干擾的跳頻信道上，長時間保持優(yōu)質(zhì)的通信；

? 該功能主要通過SCAN進行測試，并且如果PLL測試通過就可以保證該功能可以工作；

2. 藍牙發(fā)射機特性測試（TX）：

?Output Power

通過Output Power測試，驗證最大峰值功率和平均射頻輸出功率；

初始條件：

DUT設(shè)置在最大功率下的直接TX模式；

DUT的初始狀態(tài)置為環(huán)回(Loop back)；

鏈路為Frequency hopping，白噪聲被關(guān)閉

儀表發(fā)射的有效負載為PRBS9；

規(guī)范要求峰值功率<23dBm，平均功率<20dbm；

如果DUT的功率等級為1，平均功率>0dbm；

如果DUT的功率等級為2，-6dbm<平均功率<4bm；

如果DUT的功率等級為3，平均功率<0dbm；

?Modulation Characteristics

調(diào)制特性是一種頻率偏差測量方法，主要是對調(diào)制指數(shù)的驗證；

初始條件：

調(diào)制方式采用的是GFSK；

DUT的初始狀態(tài)置為環(huán)回(Loop back)；

關(guān)閉Frequency hopping；

兩種不同類型的有效負載：

0xF0(11110000)：?f1

0x55(10101010)：?f2

測試log指數(shù)滿足以下條件：

140kHz ≤ ?f1avg ≤ 175kHz（至少99.9%的?f1avg滿足）

?f2max ≥ 115kHz（至少99.9%的 ?f2max滿足）

?f2avg/?f1avg ≥ 0.8

?20dB Bandwidth

測試驗證在工作頻率范圍內(nèi)的排放是否在限制范圍內(nèi)；

初始條件：

DUT設(shè)置在最大功率下的直接TX模式；

白噪聲關(guān)閉，關(guān)閉跳頻(Frequency hopping)；

芯片分別工作在低、中、高三個頻點；

藍牙測試儀掃頻找到相對應(yīng)的最大功率的頻點；

找到在最大功率左右兩側(cè)對應(yīng)功率下降20dB時的fL和fH，20dB的?f=|fH-fL|，要求?f<1MHz；

?In-band emissions

測試主要驗證在設(shè)備使用的頻率范圍內(nèi)，來自DPSK發(fā)射機的有害信號水平低于要求的水平；

初始條件：

DUT設(shè)置為最大輸出功率下直接TX模式；

關(guān)閉白噪聲、跳頻，固定頻率測試(fTX=2406MHz、2440MHz、2476MHz)；

設(shè)置線損；

DUT配置最大輸出功率；

有效負載為PRBS9數(shù)據(jù)格式；

測試評估的標準：

在fTX=2406MHz、2440MHz、2476MHz時，PTX≤20dBm(滿足Out Power Classes即可)；

在fTXz±2MHz時，PTX≤-20dBm；

在fTXz±[3+n]MHz，n=0，1，2……時，PTX≤-30dBm；

3. 藍牙接收器測試（RX）：

? Sensitivity-signalslotpackets

測試目的：使用非理想發(fā)射機（單插槽數(shù)據(jù)包）測試靈敏度。此測試用例詳細地定義了發(fā)送到IUT的信號。IUT應(yīng)滿足該非理想信號所要求的靈敏度。

初始條件：

DUT的初始狀態(tài)置為環(huán)回(Loop back)；

關(guān)閉Frequency hopping；

DUT以最大輸出功率發(fā)送回測試器；

測試儀的傳輸功率選擇為使DUT接收機的輸入功率為-70dBm；

?Sensitivity-multislotpackets

測試目的：多時隙數(shù)據(jù)包以靈敏度級別發(fā)送到DUT。（允許的最大長度）。此測試用例詳細地定義了發(fā)送到DUT的信號。DUT應(yīng)滿足該非理想信號所要求的靈敏度。