Wirtschaftlicher Bluetooth-Test

Siegfried König, Advantest Europe

Bluetooth ist eine relativ neue Technik für die Kommunikation zwischen mehreren elektronischen Geräten, die sowohl die Übertragung von Sprache als auch von Daten unterstützt. Sie wurde ursprünglich von Ericsson entwickelt, mittlerweile haben sich jedoch weit mehr als 2000 Unternehmen zur Bluetooth-Special-Interest-Group (SIG) zusammengeschlossen und sich zum Ziel gesetzt, diese Technik als einen defacto-Standard auf dem Weltmarkt zu etablieren. Erste Produkte wie beispielsweise PCMCIA-Karten, Mobiltelefone, Drucker, Notebooks oder drahtlose Sprechgarnituren für Handys sind bereits am Markt verfügbar. Gegenüber anderen Verfahren bietet Bluetooth die Vorteile, dass mehrere Geräte gleichzeitig miteinander kommuni-zieren können und dass im Gegensatz zur Infrarot-Schnittstelle eine Verbindung auch ohne direkte Sichtverbindung möglich ist. Die Bluetooth-Komponenten sind zudem sehr klein und lassen sich mit nur geringen zusätzlichen Kosten in die jeweiligen Geräte integrieren.

Der Schlüssel für eine schnelle und weite Verbreitung der Bluetooth-Technik sind kostengünstige Chip-Sätze, die alle wichtigen Funktionen enthalten und einfach in die jeweiligen Endgeräte integriert werden können. Ein Bluetooth-System gliedert sich dabei in drei wichtige Funktionsblöcke: den HF-Teil, den Baseband-Link-Controller und den Link-Manager (Bild 1). Der HF-Teil beinhaltet Funktionsblöcke wie Antenne, Antennen-Umschalter, Sender, Empfänger und HF-Verstärker, der Basisband-Link-Controller stellt die Verbindung des HF-Teils mit der Basisband-Verarbeitung und dem physikalischen Protokoll-Layer dar und der Link-Manager übernimmt die Protokollaktivitäten der oberen Schichten wie Verbindungsaufbau, Authentifizierung und Konfiguration. Am Markt sind gegenwärtig Chip-Sätze verfügbar, die aus einem HF- und einem Baseband-Bauteil bestehen oder sogar ein vollständiges Bluetooth-System in einem einzigen Chip enthalten. Beide Ausführungen erfordern dabei nur wenig externe Bauteile, wobei in einigen Fällen selbst die Antenne zum Abstrahlen des Bluetooth-Signals wegen ihrer geringen Größe direkt in das Bauteil integriert werden kann.

Da besonders der Preis zu den wichtigsten Kriterien für den Erfolg der Bluetooth-Technik zählt, ist natürlich auch die Verfügbarkeit kostengünstiger Testsysteme entscheidend. Dabei sind je nach dem, welche Teile (HF-Teil, Baseband-Link-Controller) das zu prüfende Bauteil enthält, entsprechende Tests durchzuführen. Der Testumfang richtet sich außerdem danach, ob die Tests in der Entwicklung, der Typzulassung (Validation) oder der Fertigung erfolgen. Entsprechende Bluetooth-Produkte dürfen dabei nur in den Handel gebracht werden, wenn während der Entwicklung die Übereinstimmung mit der Bluetooth-Spezifikation gemäß dem Bluetooth-Qualification-Programm (BQP) nachgewiesen wurde.

Zu den in der Produktion durchgeführten Tests gehören beispielsweise das Messen der HF-Ausgangsleistung, des Frequenzspektrums und der Modulationsqualität sowie die Eingangsempfindlichkeit über eine BER-Messung (Bit-Error-Rate) und der Look-up-time. Ein Teil der Tests erfordert dabei, dass das Testsystem eine Verbindung zum Bluetooth-Bauteil aufbaut. Hierzu sind digitale Testkanäle und das Beherrschen der entsprechenden Kommunikationsprotokolle durch den Tester erforderlich, auf umfangreiche Protokoll-Tests wird allerdings in der Produktion aus Zeitgründen verzichtet. Daneben werden natürlich auch noch allgemeine Messungen wie Stromaufnahme, Ruhe- oder Leckstromtests durchgeführt.

Entscheidend für das wirtschaftliche Durchführen derartiger Prüfungen ist der Durchsatz des Testsystems, also möglichst kurze Testzeiten, ohne dass aber Abstriche hinsichtlich der Testabdeckung erforderlich sind.

Advantest hat für den Produktionstest von Bluetooth-Bauteilen ein Testsystem entwickelt, das sich sowohl für den Test des HF-Teils als auch für Bauteile mit HF- und Baseband-Teil eignet. Das System T7611 beinhaltet eine Stromversorgung für das Prüfobjekt, eine analoge Messeinheit mit je vier Empfangs- und Sendekanälen für Signale bis 20 MHz, eine HF-Messeinheit mit maximal 16 Kanälen für Signale von 20 MHz bis 8 GHz, einen universellen Radio-Communication-Analyser sowie 32 digitale Kanäle zum Ansteuern der zu prüfenden Bauteile. Das System verfügt außerdem über einen Testkopf, wobei die vorhandenen Testkanäle sich auch auf zwei Handler aufteilen lassen. Dabei ist sogar ein alternativer Test von unterschiedlichen Bauteilen auf beiden Handlern möglich, was vor allem bei kleinen Stückzahlen interessant sein kann.

Besonderer Wert wurde bei der Entwicklung des Bluetooth-Testers auf einen hohen Testdurchsatz gelegt. Hierzu wurden spezielle Messfunktionen und Auswertemethoden entwickelt. So lässt sich beispielsweise die Messung der Ausgangsleistung (Transmission-Power-Measurement) innerhalb von nur 18 ms durchführen. Wegen des Frequenz-Hoppings sind hierzu insgesamt 24 Einzelmessungen bei drei unterschiedlichen Frequenzen im genutzten Frequenzband (Oben, Mitte, Unten) bei jeweils acht unterschiedlichen Sendepegeln erforderlich. Advantest hat hierfür die RF-Signal-Capture-Interval-Synchronizing-Funktion entwickelt, die in Verbindung mit einem schnellen Auswertungs-Algorithmus eine sehr kurze Testzeit gewährleistet. Ebenfalls neu entwickelt wurde ein Funktionstest mit BER (Bit-Error-Rate), der gegenüber konventionellen Lösungen für das Durchführen eines BER-Tests der DH1-Pakete mit einem Umfang von 100.000 Bit deutlich weniger als 200 ms benötigt. Insgesamt ermöglicht das Modell T7611 den Test eines Bluetooth-ICs mit sehr kurzen Testzeiten und gewährleistet somit eine schnelle und wirtschaftliche Möglichkeit für den Test von Bluetooth-ICs.

Ergänzt werden diese Fähigkeiten durch eine umfassende Bibliothek von Testfällen, die sich entsprechend den jeweiligen Anforderungen auswählen und somit einfach zu einem kompletten Testprogramm zusammenstellen lassen. Durch die vielfältigen Messmöglichkeiten kann das System zudem nicht nur für den Produktionstest, sondern auch in der Entwicklung eingesetzt werden. Dabei wurde auch auf eine einfache Bedienbarkeit geachtet, um so die Einarbeitungszeit und die Zeit für die Programmerstellung möglichst kurz zu halten.

Der Tester ist wegen der flexibel nutzbaren Hard- und Software nicht nur für den Test von Bluetooth-Bauteilen, sondern auch für andere Arten von HF-ICs, wie sie in mobilen Kommunikationsgeräten, als HF-Frontend, Mischer, Modulator, Demodulator oder Transceiver eingesetzt werden, geeignet. Zu den entsprechenden Techniken in diesem Bereich gehören beispielsweise W-CDMA, EDGE-GSM oder IMT-2000. Advantest kann neben dem Bluetooth-Tester auch die entsprechenden Adapter für die gängigen Gehäusetypen der Bluetooth-ICs liefern. Zudem besteht eine Zusammenarbeit mit Anbietern von Handlern für HF-Bauteile.

Bluetooth im Überblick

Bluetooth wurde vor allem für eine einfache und problemlose Kommunikation zwischen PCs, Notebooks, Organizern, Handys und Peripheriegeräten in einem Umkreis von bis zu 10 m entwickelt. Hierzu wird das lizenzfreie ISM-Band zwischen 2,4 und 2,5 GHz genutzt, wobei Datenraten von bis zu 721 KBit/s möglich sind. Die Übertragung erfolgt dabei mit Hilfe einer digitalen 0.5-BT-GFSK-Frequenzmodulation (Gaussian-Frequency-Shift-Keying) in Frequenzbändern mit jeweils 1 MHz Bandbreite. Um eine effektive Übertragung zu ermöglichen und Störungen durch andere Anwendungen weitgehend zu vermeiden, arbeitet Bluetooth mit einer Kombination aus Zeitduplex- und Frequenzsprung-Verfahren (FH/TDD – Frequency-Hopping/Time-Division-Duplex). Jeder Kanal ist dabei in Zeitschlitze (Slots) von jeweils 625 µs aufgeteilt, wobei jedem Slot eine eigene Sprungfrequenz zugeordnet wird. Somit wird eine nominale Sprungrate von 1600 Hops pro Sekunde erreicht. In jedem Zeitschlitz lässt sich ein Datenpaket übertragen, wobei abwechselnd gesendet und empfangen wird. Abzüglich der Einschwingzeit bleibt damit für die Datenübertragung nur eine Zeit von 366 µs, wobei die übertragenen Datenpakete jeweils aus einem Accesscode, einem Header und der eigentlichen Payload bestehen.