乐鑫产测指南

[English]

本文主要介绍乐鑫 IC 平台相关 Wi-Fi 产品（Wi-Fi 模组/Chip Onboard）的生产测试方案，为客户在进行 Wi-Fi 产品生产时，提供生产测试方案的相关参考。

简介

基于乐鑫 IC 平台的 Wi-Fi 产品生产测试方案，针对 RF 性能产测部分，通常有如下两类：

  • RF 综测仪测试方案（行业通用标准）

  • 信号板方案（ESP 企业标准）

RF 综测仪测试方案

仪器测试方案为 Wi-Fi 射频产品通用方案，由乐鑫提供串口命令及测试固件来完成产品的性能测试。

测试过程简介（测试系统框架如下图）：

../../_images/tester_scheme_cn.png

仪器方案框架

  1. 下载 RF_Test_FW.bin 到 ESP IC RAM 中；

  2. PC 端运行 RF 仪器对应的 Test Tool，通过串口发送命令使模组在不同的模式下进行收发包；

  3. RF 测试仪器解析对应工作模式下的 RF 性能参数。

备注

  • 仪器测试方案需要仪器供应商提供适配乐鑫 IC 的批量产测工具；

  • 若仪器商软件未适配乐鑫 IC 方案，客户也可以通过仪器可提供的接口完成适配。适配过程中，可使用 esptool 下载乐鑫 RF_Test_FW.bin：

    • esptool 可从 此处 进行下载。关于相关指令，请参考 文档。

    • 有关乐鑫产品 RF 性能的手动测试，请参考 RF 测试项目。

  • 上述测试需要屏蔽环境。

信号板方案

乐鑫信号板产测方案是乐鑫自主研发的产测方案，可以对量产 Wi-Fi 产品的 RF 性能进行有效测试，确保量产产品的 RF 品质达标，该方案具有环境搭建成本低，工厂产测环境易部署的优势。

信号板测试方案系统框架如下所示，信号板在产测过程中，可作为标准设备，与待测设备进行数据通讯，通过对通讯过程的数据进行判断，达到对待测设备进行测试的作用。

../../_images/signal_board_scheme_cn.png

信号板方案框架

../../_images/hardware_connection_for_signal_board_scheme.png

信号板方案的实物连接

备注

上述测试需要屏蔽环境。

生产测试流程

  1. 确认待测设备有以下测试点，用来连接待测设备后进行测试。测试点说明如下。

需要引出的测试点

下载模式

flash 运行模式

V33, GND, RXD, TXD, EN, GPIO0

GPIO0 接低电平

GPIO0 接高电平

备注

  • 下载模式：主要用于下载 bin 文件，生产测试过程均在下载模式下。

  • Flash 运行模式：查看模组上电打印信息。

  1. 待测设备通过测试治具连接到串口底板，使用产测工具控制待测设备进入下载模式。如无支持流控控制的串口底板，可直接将相应 GPIO 接低电平，使待测设备上电工作在下载模式。

  2. 打开 PC 端产测工具，按照产测工具的使用方法（见 产测工具）。

备注

  • 通常生产为了加快生产效率，测试治具可以设计为 1 拖多的方式。一般为 1 拖 4，即一个治具可以放置 4 个待测设备，同时进行测试。

  • 测试治具的制作连接方法可参考乐鑫 模组治具规范。

  • 使用 USB 线将串口底板（放在治具中）与 PC 连接，并安装对应的串口底板驱动，确保串口能够成功识别。

生产测试相关配件

串口底板

串口底板主要用于 USB 转串口，用同类的 USB 转串口底板也可以，但是考虑到部分 USB 转串口底板的稳定性较差，推荐直接申购如下串口测试底板。如需申购，请 联系我们）。

../../_images/serial_port_board1.png

串口底板示意图

拿到底板后，需要检查对应的开关及短路插是否正确。

  • 标号 COM1，COM2：与 PC 通信的串口端，其中 1 和 2 是两路独立的通信串口，分别和对应侧的 TX/RX/FRTS/FCTS 对应。

  • 标号 3：用于选择串口 USB 供电或外部供电口供电。

  • 标号 4：用于选择 3.3 V 串口和 5 V 串口电平。

  • 标号 5：外部供电口，未使用，无需设置。

测试治具

测试治具是用于驱动待测设备进入测试模式的一种生产配件，通过手柄按压，实现模组管脚与治具探针的接触。测试结束后，抬起手柄，模组管脚与探针分离（其他同类产品可以参考或直接引出对应测试点）。

Wi-Fi 模组产品的产测需要间接将模组管脚引出，并连接到产测底板后与 PC 串口进行通信，我们可以通过治具的结构压合最终达到这一目的。治具的整体外观示例可见下图。

../../_images/module_fixture.png

治具整体外观

治具的主要组成部分可见下表（以乐鑫自有模组治具为例）。

治具主要组成部分

部件

说明

手柄

抬起手柄时，模组与底部探针分离，断开电源；按下手柄时，模组与探针接触，模组进入测试状态。

模组台

摆放并固定模组。

底箱

安装串口测试板，可以通过 USB 线与 PC 通信。

信号板

信号板在产测过程中作为标准设备，与待测设备进行交互。

信号板类型

信号板类型

适用芯片范围

ESP-BAT32

ESP32/ESP32-S/ESP32-C
../../_images/espbat32_signal_board_cn.png

ESP-BAT32 信号板示意图

申请获取乐鑫信号板，请 联系我们。

备注

  • 信号板使用时，在同一个网络覆盖范围内，仅能有一个信号板，否则互相间会干扰。

  • 若要多个信号板进行大批量测试，需要分别在屏蔽房或屏蔽箱中进行测试。

  • 上表也适用于 ESP8684/ESP8685。

方案对比

信号板方案和仪器方案的测试项对比可见下表，客户可根据实际需求进行选择。

方案对比

方案

测试项目

说明

信号板方案

RF 测试

可测试芯片供电电压及其波动、相对信号板的频偏等

收发包测试

可测试产品与信号板间进行收发包

GPIO 测试

可排除 IC 焊接问题

固件版本测试

可验证 flash 中应用固件的版本是否正确

flash RW 测试

可验证 flash 读写功能是否正常

仪器方案

EVM 测试

可测试产品发包时的 TX Power，EVM 指标

频偏测试

可测试产品发包时的频率

功率测试

可测试产品发包时的功率

接收灵敏度测试

可测试产品的接收灵敏度指标（需在屏蔽环境中完成）

GPIO 测试

可排除 IC 焊接问题

flash RW 测试

可验证 flash 读写功能是否正常

备注

  1. 信号板方案采用了乐鑫企业内部标准，可在模组 RF 匹配合格，且生产物料和制程一致的情况下，保证模组 RF 量产品质；

  2. 用户可将信号板方案作为生产全检测试方案，并将仪器方案作为生产抽检测试方案，综合把控模组量产品质；

  3. 由于信号板方案无法直接得到模组的 RF 性能参数，如 TX、RX、EVM，及 FREQ 等，用户可同时借助 Wi-Fi 综测仪，直接测试模组的 RF 性能参数。

信号板方案易部署，测试设备投入低的优势，所以信号板方案得到了客户的广泛应用。因此，本文的介绍将以信号板方案为主，并以乐鑫自有模组的测试为示例进行说明，客户可按照此方式，进行自有 Wi-Fi 产品生产测试环境的部署。

环境搭建

为了方便客户第一时间体验模组的信号板产测效果，乐鑫专门提供一套完整的产测配件包。本文档以乐鑫模组为例，完整介绍了信号板方案在产测中的应用。后续，客户直接将乐鑫模组替换为对应芯片家族（ESP32-C/ESP32/ESP32-S/ESP8266）的 Wi-Fi 产品即可。

套件准备

乐鑫产测配件包的主要组成部分，请见下表。

产测配件包

产测配件包

物号

数量

备注

ESP32 / ESP32-S

ESP-BAT32

1

ESP32 信号板

ESP-FactoryTB2

2

UART 底板

ESP32-WROOM-32D / ESP32-S2-WROOM

2

乐鑫模组 ESP32-WROOM-32D / 乐鑫模组 ESP32-S2-WROOM

操作步骤

请首先根据 DUT 所属的芯片平台（ESP32-C/ESP32/ESP32-S/ESP8266），按照下图的方式将 DUT 接在产测底板上；然后连接串口底板、信号板和 PC；PC 端开启产测工具。

../../_images/esp32_wroom_32d_wiring.jpg

ESP32-WROOM-32D 模组接线图

../../_images/esp32_wroom_32e_wiring.jpg

ESP32-WROOM-32E 模组接线图

  1. 待测模组与信号板保持 1~2 M 左右，待测模组处于下载模式，并给串口底板上电。

../../_images/quick_start_on_testing_diagram.png

  1. 打开产测工具，根据产品的芯片平台类型进行配置，具体方法见下方 工具配置 小节。

  2. 点击 START 按钮开始测试。测试过程中，需保证 Log 中的 fb_rssi 参数保持在 -50 左右。

  3. 等待测试完成，并根据测试结果排除现场问题。

产测工具

工具介绍

下载链接

工具目录

  • factory_test_ui_tool：主目录

    • factory_test_cus_v1.0.exe：应用程序

    • config：工具运行的配置文件

      • .sys_config/.bin 文件夹：存放各种芯片的测试 bin 文件

      • .sys_config/.spec_file 文件夹：存放各种芯片的阈值文件

      • .sys_config/.sys_settings.conf：配置当前的测试 bin 和阈值文件

    • logs：存放每个待测设备的测试 log

工具界面

../../_images/main_interface.png

工具主界面

如上图所示，产测工具的初始界面可大致分为 6 个部分：

1. 菜单栏：

  • Config 下进行本地/云端切换（云端模式暂未支持）

  • Log 下可打开对应的 log 文件

  • Help 下显示帮助文档

2. 测试选项

  • 第一列：左边显示产品类型等测试配置信息

  • 第二列：右边显示截止目前为止，本地所有的测试结果数据统计（pass 数量/fail 数量）

3. 选项卡 可切换显示界面，进行测试或配置。

4. ALL START/ALL STOP：全部开始/停止按键。

5. 测试操作界面：默认显示配置完成后进行实际测试的界面，本工具目前采用“一拖四”的形式，所以有 4 个 DUT 界面，各待测设备可独立进行测试，具体的测试项是统一配置的。

6. Position：显示当前是 Local 模式，还是 Cloud 模式。

测试方式

目前，本产测工具仅支持 1 种测试方式：

  • RAM 运行测试 测试前，DUT 处于下载模式。测试时，上位机将测试固件下载到 DUT 的 RAM 中并运行。

工具配置

配置界面

../../_images/dut_config.png

DUT Config 配置界面

如上图所示，选项卡界面的第二栏是 DUT Config 的配置界面，界面主要分成三大部分：

  • 1. TEST CONFIG 配置测试信息

  • 2. DUT 配置 DUT 信息

  • 3. APPLY 应用配置

TEST CONFIG

配置测试信息

选项

功能

说明

Test From

程序启动位置

RAM：必须选择要下载的测试 bin 文件

Fac-Plan

测试记录代号

以 代号+测试结果 的形式存储 MAC 地址列表。

AUTOST

自动测试开关

勾选后每次测试结束就会自动开始下一次测试。

EFUSE MODE

检测 eFuse 的方式

如果烧录了定制 MAC 地址就选择 custom，否则就选择 normal。

DUT CONFIG

配置 DUT 信息

选项

功能

说明

Port

串口号

工位的串口配置，包括正常测试串口和固件测试串口两个（可相同或不同，根据具体的情况选择）。

Rate

波特率

串口命令波特率。

APPLY

修改确认按钮

界面进行修改后，必须要点击 APPLY，并验证通过后才会生效。用户需要填入验证码进行验证，通过后方可完成修改。验证规则为“年+月+日+时”的数字之和，比如 2018-03-01 日 15 时的验证码计算方式为：2018+03+01+15 = 2037。

测试流程

除了单纯测试产品的射频性能，产测方案也可同时测试产品的整体功能，具体可完成的测试项目包括但不限于（可自定义命令）RF 测试、GPIO 导通测试、应用固件版本测试、flash RW 测试。

射频测试

  • 测试目的： 射频测试是产测过程中的必选项，其目的是确保产品的射频性能达标，并可进行正常的收发包。

  • 测试方式： 通过辐射的方式，在信号板和待测产品间进行收发包。待测产品通过串口，将测试信息反馈给上位机，而后由上位机对信息解析并得出测试结论。

  • 测试过程： 待测产品运行测试固件，上位机发送串口指令后测试开始。首先，产品会读取寄存器信息，获得射频部分的性能情况，包括供电电压波动等；然后，与信号板进行一定数量的收发包；最后，上位机通过对比串口信息与阈值，判定待测产品是否通过测试。

  • 配置界面： 可在 Test Flow 下的 RF_TEST 模块中使能。

../../_images/rf_test.png

RF 测试配置界面

GPIO 导通测试

  • 测试目的： 可用于检测 GPIO 的导通情况，防止产品的焊接过程中出现的虚焊或连焊现象。

  • 测试方式： 将待测模组治具的对应管脚短接后，通过串口命令来设置和获取管脚电平状态，判断是否存在虚焊或连焊的问题。

  • 测试过程： 在射频性能测试结束后，发送一系列串口命令来进行导通测试。此命令已经在上位机内集成，客户只需要开启此功能即可，若无 GPIO 导通测试需求，则不需要开启。

  • 配置界面： 可在 Test Flow 下的 GENERAL_TEST 模块中使能（见下图），详细说明请参考 附录 B：GPIO 导通测试配置。

../../_images/gpio_cond_test.png

GPIO 导通测试

固件版本校验测试

  • 测试目的： 可用于确定待测产品 flash 中烧录的固件是否为目标版本，防止出现版本错误的问题。

  • 测试方式： 通过比对目标版本固件串口日志中的“特定字符串”或“版本号”进行校验。因此，该字符串应具备区分效果。

  • 测试过程： 在射频性能测试结束后，上位机通过控制串口板的流控，让待测产品从 flash 启动，匹配目标字符串。客户如需要进行版本校验，只需要开启此功能即可。

  • 配置界面： 可在 Test Flow 下的 GENERAL_TEST 模块中使能。

../../_images/firmware_version_verification_test.png

固件版本校验

Flash 功能测试

  • 测试目的： flash 功能测试包括 flash ID 验证及 flash 读写测试，其目的为确认使用的 flash 型号为期望型号，并保证此 flash 可正常读写。

  • 测试方式： 通过串口命令来运行测试固件中的 flash 测试流程，并通过串口将测试结果返回给上位机。

  • 测试过程： 射频测试结束后，通过串口命令及返回结果进行判断。

  • 配置界面： 可在 Test Flow 下的 GENERAL_TEST 模块中使能。其中 FLASH_SCAN_ADDR 为该测试项的起始地址（只需要 0x1000 扇区大小），FLASH_SCAN_TARGET 为目标测试值，不同芯片目标值不一样。

../../_images/flash_related_test.png

Flash 功能测试

工具操作

测试方式有两种（单工位和全工位），配置对两种测试方式均生效，具体操作流程如下：

  1. 环境搭建完成后，点击开始按钮（START 或 ALL START），开始同步及下载。

../../_images/synchronization.png

同步过程

  1. 下载完成后，进入测试状态，界面显示 RUN，等待测试结果。

../../_images/running.png

正在运行中

  1. 显示测试结果。

../../_images/finish.png

测试完成

测试过程中有任何测试项目失败，“状态显示框”就会显示 FAIL，状态显示框下方的文本框内会逐条显示每个测试项目的结果。用户可据此定位测试失败的具体原因。

  1. 查看详细测试记录

../../_images/check_test_record.png

查看测试结果

每次产测的记录都会单独保存一个 log 文件，文件名以“模组 MAC +日期”的形式保存。点击 Log 按钮会弹出对应工位最后一次测试的 log 文件。如果该工位没有进行过测试，则打开 Logs 文件夹，方便查看 log。

附录 B：GPIO 导通测试配置

在进行 GPIO 导通测试，需要测试的管脚 (GPIOx, GPIOy) 两两短接。一端输出高或低电平 (n = 1 或 0)，另一端作为输入并读取当前电平。

关于 <GPIOx, GPIOy, n> 的说明：

  1. GPIOx 表示输入 pin 脚，GPIOy 表示输出 pin 脚；

  2. n 可以配置为 0 或 1，0 代表低电平、1 代表高电平。

为了保证高低电平都能测试到，每次配置后，CPIO 导通测试均自动进行两次：

  1. 第一次测试采用配置的 n；

  2. 第二次测试采用 n 取反。

举例，如果 n 配置为 1，则将首先按照 n = 1 进行测试，然后再按照 n = 0 进行测试。

测试配置

乐鑫 ESP32-WROOM-32D 模组的 GPIO 导通测试，具体配置如下。

接线方式：

  • IO23 –> IO34

  • IO22 –> IO35

  • IO15 –> IO32

  • IO02 –> IO33

  • IO19 –> IO25

  • IO18 –> IO26

  • IO05 –> IO12

  • IO13 –> IO27

  • IO21 –> IO14

上位机端的命令配置：

<GPIO34,GPIO23,0>;<GPIO35,GPIO22,1>;<GPIO32,GPIO15,0>;<GPIO33,GPIO2,1>;<GPIO25,GPIO19,0>;<GPIO26,GPIO18,1>;<GPIO12,GPIO5,0>;<GPIO27,GPIO13,0>;<GPIO14,GPIO21,1>

../../_images/test_option_esp32_series.png

ESP32 系列测试配置

串口命令说明

  • 串口命令：ESP_TEST_GPIO <参数 1> <参数 2> <参数 3>

输入

ESP_TEST_GPIO 0xD9000C20 0x0054ECE0 0x00000055

预期输出

0x33000000 0x00AC0000 0x000000BB

  • 命令说明： 用 2 个 bit 表示一个 GPIO 状态，每个 GPIO 共四种状态：

    • 00 为 default 模式

    • 01 为 INPUT

    • 10 为 OUTPUT 输出低

    • 11 为 OUTPUT 输出高

  • 参数说明：

    • <参数 1>：为 32 bit 数，<参数 1> 代表 GPIO0 ~ GPIO15。其中的 [1:0] 代表 GPIO0、[3:2] 代表 GPIO1，以此类推，[30:31] 代表 GPIO15。

    • <参数 2>：为 32 bit 数，<参数 2> 代表 GPIO16 ~ GPIO31。其中的 [1:0] 代表 GPIO16、[3:2] 代表 GPIO17，以此类推，[30:31] 代表 GPIO31。

    • <参数 3>：为 32 bit数，<参数 3> 代表 GPIO32 ~ GPIO47。其中的 [1:0] 代表 GPIO32、[3:2] 代表 GPIO33，以此类推，[30:31] 代表 GPIO47。

  • 返回值说明：

    • 输入结果： <参数 1> <参数 2> <参数 3>

    • 说明： 用 2 bit 表示一个 GPIO 作为输入的结果，其中高 bit 位为输入有效标志位，低 bit 位为输入电平高低。每个 GPIO 作为 INPUT 共四种结果：

      • 00 表示不作为输入

      • 10 为输入低电平

      • 11 为输入为高电平

      • 01 不存在

    • 参数说明：

      • <参数 1>：为 32 bit 数，<参数 1> 代表 GPIO0 ~ GPIO15 的输入结果。其中的 [1:0] 代表 GPIO0、[3:2] 代表 GPIO1，以此类推，[30:31] 代表 GPIO15。

      • <参数 2>：为 32 bit 数，<参数 2> 代表 GPIO16 ~ GPIO31 的输入结果。其中的 [1:0] 代表 GPIO16、[3:2] 代表 GPIO17，以此类推，[30:31] 代表 GPIO31。

      • <参数 3>：为 32 bit 数，<参数 3> 代表 GPIO32 ~ GPIO47 的输入结果。其中的 [1:0] 代表 GPIO32、[3:2] 代表 GPIO33，以此类推，[30:31] 代表 GPIO47。

备注

ESP32 所用的 GPIO 共 34 个，其中：

  • GPIO20、GPIO24、GPIO28 ~ GPIO31 不可用，状态配置无效；

  • GPIO1/U0RXD，GPIO3/U0TXD 作为串口收发指令，在此不用作 IO 测试，测试结果视为无效；

  • GPIO34 ~ GPIO39 只作为输入，不能作为输出。

附录 C：固件版本校验测试配置

固件版本校验测试的详细配置如下图所示：

../../_images/detailed_configuration.png

详细配置

勾选 USER_FW_CHECK 表示使能了固件版本测试项目。该项目有两种测试方式：

  • USER_FW_VER_TEST：USER_FW_VER_STR 设置为 Espcmd_en 表示使能了 USER_TEST_CMD 方式。否则，使用匹配串口字符的方式，如上图中的 0.17.59eh。

  • USER_TEST_CMD：若 USER_FW_VER_STR 设置为 Espcmd_en 表示使能了该方式。客户可根据自己的命令配置，如上图中 <AT+GMR,”0.10.0”,5> 表示发送命令 AT+GMR 后，串口应该返回的字符包含 0.10.0。

证书下载

用户可通过乐鑫官网证书 下载页面 下载产品证书。