蓝牙及低功耗蓝牙非信令测试

[English]

蓝牙及低功耗蓝牙非信令测试控制设备发射特定信号,无需建立实际连接,用于评估其发射功率、频谱特性和误码率等关键性能指标,确保设备的无线通信质量。

搭建测试环境

射频非信令测试固件环境主要包括电脑、测试仪器、USB-to-UART 转接板、待测设备与屏蔽箱等。

../../_images/rf_non_signaling_setup.png

测试环境搭建示意图

  • 电脑 (PC) 通过 USB 与 USB-to-UART 转接板连接,通过网线与测试仪器连接。电脑上需安装 EspRFTestTool 工具包、测试仪器控制软件、以及 USB-to-UART 转接板驱动。

  • 测试仪器 (Tester) 通常为 WT-328/IQXel 综测仪,用于测试待测设备在不同模式下的射频性能。

  • USB-to-UART 转接板 (USB-to-UART Board) 用于实现电脑和待测设备之间的通信。

  • 待测设备 (DUT) 为基于 ESP32 芯片或模组设计的产品。待测设备通过 UART 与 USB-to-UART 转接板连接,并通过射频连接线与测试仪器连接。待测设备通常放在屏蔽箱中。

  • 屏蔽箱 (Shield Box) 用于隔离外部射频干扰,保证测试环境的稳定性。

备注

  • 待测设备的 CHIP_EN 管脚默认上拉,如果产品设计中未拉高,需要手动将 CHIP_EN 接到 3V3 管脚。

  • 部分串口通信板内部已交换 RXD 和 TXD,无需反接,需根据实际情况调整接线。

  • ESP32 具有上电自校准功能,待测设备上电测试前需先将射频连接线连接至测试仪器。

传导测试

  • 对于没有板载 PCB 天线的模组,直接将射频连接线焊接至模组的天线馈电点即可(如上述示意图所示)。

  • 对于带有板载 PCB 天线的模组,需将 PCB 天线馈电点后的天线割断,焊接射频连接线,并使射频线的屏蔽金属层充分焊锡后接入模组 GND。GND 焊接点可选择屏蔽盖或 PCB 板材上去除绿油层的 GND 层,且尽量靠近馈电点。

../../_images/pcb_antenna_conducted_test.png

带有板载 PCB 天线的模组焊接射频连接线示意图

烧录固件

  1. 打开 EspRFTestTool 工具

  2. 设置 ChipType, COM, BaudRate, 点击 Open,打开串口。

备注

BaudRate 设置为 115200

  1. ESP32 射频非信令测试固件 通过 UART 烧录至 Flash

../../_images/nonsignaling_firmware_flash.png

ESPRFTestTool 工具配置

  1. 固件烧录完成后,将 boot 管脚拉高或悬空,芯片掉电重启后进入工作模式。

备注

如使用 Flash 下载工具烧录固件,需要将 ESP32 的烧录地址改为 0x1000。

开始测试

蓝牙/低功耗蓝牙发射性能测试

  • Test Mode

    • BT TX:用于蓝牙发射性能测试;

    • BLE TX:用于低功耗蓝牙发射性能测试。

  • Power Level:设置蓝牙功率等级,支持 0~7 档测试

  • Channel: 设置蓝牙测试信道

  • Hoppe:使能跳频功能,默认关闭

  • Ulap:设置蓝牙地址,使用默认值,仅蓝牙支持

  • Itaddr:设置逻辑传输地址,使用默认值,仅蓝牙支持

  • Syncw:设置包文件的身份识别码,默认选择 syncw=0x71764129

  • Payload length:设置 payload 长度,默认为 250

  • Data Rate:设置发包速率和编码序列,支持 BT 1M、2M、3M 和 BLE 1M 四种速率,支持 1010、11110000、prbs9 三种编码序列

点击 start 后在 log 窗口中显示蓝牙发射参数说明,参考如下:

fcc_bt_tx:txpwr=6,hoppe=0,chan=0,rate=1,DH_type=1,data_type=1

表明蓝牙发包正常,此时可使用综测仪检测发射性能。

../../_images/esp32_bt_tx_on.png

蓝牙发射性能

../../_images/esp32_ble_tx_on.png

低功耗蓝牙发射性能

蓝牙接收性能测试

  • Test Mode:设置为 BT RX 用于蓝牙接收性能测试

  • Channel:设置蓝牙测试信道

  • Ulap:设置蓝牙地址,使用默认值,仅蓝牙支持

  • Itaddr:设置逻辑传输地址,使用默认值,仅蓝牙支持

  • Data Rate:设置收包速率,支持 BT 1M、2M、3M,默认 prbs9 编码序列

点击 start 后使用仪器在测试信道发包,完成后点击 stop,在 log 窗口中显示收包信息如下:

3e8 3e8 0 0 0 0 0 0 w 0 0 0 0 0 0 0 0 p 4176 45cf ddfd b 7ca240 0

其中:

  • 第 1 个参数 Res[0](16 进制)表示本次测试收到的总包数。本次测试中,总包数为 3e8。

  • 第 2 个参数 Res[1](16 进制)表示本次测试收到的对应速率包的数量。本次测试中,对应速率包的数量为 3e8。

  • 倒数第 2 个参数 Res[22](16 进制)表示本次测试收到的对应速率的总码数。本次测试中,对应速率的总码数为 7ca240。

  • 最后 1 个参数 Res[23](16 进制)表示本次测试总共收到的误码个数。本次测试中,误码个数为 0。

根据上述参数,可以计算:

  • 误码率 BT_BER = Res[23]/Res[22]

  • BT_RSSI = (-Res[18]]-Res[20])/Res[0]

../../_images/esp32_bt_rx_on.png

蓝牙接收性能测试

低功耗蓝牙接收性能测试

  • Test Mode:选择 BLE RX 用于低功耗蓝牙接收性能测试

  • Channel:设置低功耗蓝牙测试信道

  • Syncw:设置包文件的身份识别码,默认选择 syncw=0x71764129

  • Data Rate:设置收包速率,默认为 BLE 1M 速率,prbs9 编码序列

点击 start 后使用仪器在测试信道发包,完成后点击 stop,在 log 窗口中显示收包信息如下:

3e8 3e8 0 0 0 0 0 0 0 0 w 0 0 0 0 0 0 0 0 p 5b83 58cf 6acb

其中:

  • 第 1 个参数 Res[0](16 进制)表示本次测试收到的总包数。本次测试中,总包数为 3e8。

  • 第 2 个参数 Res[1](16 进制)表示本次测试在对应速率下收到的包的数量。本次测试中,对应速率包的数量为 3e8。

  • 倒数第 3 个参数 Res[20](16 进制)表示本次测试所有包的带内功率。本次测试中,所有包的带内功率为 5b83。

  • 最后 1 个参数 Res[22](16 进制)表示本次测试所有包的增益。本次测试中,所有包的增益为 6acb。

根据上述参数,可以计算:

  • 丢包率 BLE_PER = [1-(Res[1]/Sent_Packet_Numbers)]*100%<=30.8%

  • BLE_RSSI = (-Res[20]-Res[22])/Res[0]

../../_images/esp32_ble_rx_on.png

低功耗蓝牙接收性能测试

附录

本附录为射频调试或测试所需参考的对照表。

下表主要用于说明 ESP32 的蓝牙及低功耗蓝牙的功率等级及对应的目标功率,用于射频调试或测试对照。

ESP32 蓝牙/低功耗蓝牙发射功率等级

功率等级

ESP32 蓝牙/低功耗蓝牙发射功率 (dBm)

0

-12

1

-9

2

-6

3

-3

4

0

5

3

6

6

7

9