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1.1 射频频率 (RF Channel Frequency)
概述
以下是关于 蓝牙 Direct Test Mode (DTM) 的 Physical Layer 参数 的详细说明，涵盖射频测试中的关键参数及其配置方法，适用于蓝牙 4.0 至 5.3 规范：
1. 核心物理层参数
1.1 射频频率 (RF Channel Frequency)
- 范围：2402 MHz 至 2480 MHz（蓝牙 LE 共 40 个频道，间隔 2 MHz）。
- 测试频道选择：
- 标准测试频道：通常选择低频（Channel 0: 2402 MHz）、中频（Channel 19: 2440 MHz）、高频（Channel 39: 2480 MHz）。
- 自定义频道：通过
HCI_LE_Receiver_Test或HCI_LE_Transmitter_Test命令指定。
1.2 发射功率 (TX Power)
- 范围：根据芯片支持，典型值为 -40 dBm 至 +10 dBm（如 nRF52810 支持 -40 dBm 至 +4 dBm）。
- 配置方式：
- 通过 DTM 命令设置，例如
HCI_LE_Set_TX_Power（部分芯片需硬件支持动态调整）。
- 通过 DTM 命令设置，例如
1.3 调制方式 (Modulation)
- 蓝牙 LE 标准调制：
- GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)：BT=0.5，1 Mbps 速率（默认）。
- LE Coded PHY (Bluetooth 5+)：支持 S=2（500 Kbps）和 S=8（125 Kbps）的长距离模式。
1.4 数据包类型 (Packet Type)
- PRBS9 伪随机序列：用于误包率（PER）测试，生成 9 阶伪随机二进制序列。
- 固定长度包：例如 0x00-0xFF 重复填充，用于吞吐量测试。
1.5 测试模式 (Test Mode)
- 发射测试 (TX Test)：持续发送固定或随机数据包。
- 接收测试 (RX Test)：统计接收到的数据包数量及误包率。
2. 参数配置方法
2.1 通过 HCI 命令配置
- 启动发射测试：
HCI_LE_Transmitter_Test( TX_Frequency, // 频道号（0-39） Test_Data_Length, // 数据包长度（0-37 字节） Packet_Payload // 载荷类型（0x00: PRBS9, 0x01: 全0, 0x02: 全1） ); - 启动接收测试：
HCI_LE_Receiver_Test( RX_Frequency // 频道号（0-39） );
2.2 示例（nRF52 系列）
// 设置发射频率为 2440 MHz（Channel 19），功率 +4 dBm
sd_ble_gap_tx_power_set(BLE_GAP_TX_POWER_ROLE_ADV, 19, 4);
// 启动发射测试（发送 PRBS9 数据包）
err_code = sd_ble_gap_test_tx(
19, // 频道
37, // 数据长度（最大 37 字节）
BLE_GAP_TEST_PAYLOAD_PRBS9
);
3. 测试指标与参数影响
3.1 关键测试指标
| 指标 | 定义 | 测试目标 |
|---|---|---|
| 输出功率 (TX Power) | 射频信号强度 | 符合 FCC/CE 认证的功率限制 |
| 频率偏移 (Freq. Offset) | 载波频率与标称值的偏差 | ≤ ±50 kHz（蓝牙规范要求） |
| 调制精度 (Modulation Index) | 实际频偏与理论值的比例 | 0.45 ≤ MI ≤ 0.55（BT=0.5） |
| 误包率 (PER) | 错误数据包比例 | 通常要求 PER < 0.1%（高信噪比下） |
3.2 参数优化建议
- 功率与距离：增加 TX Power 可提升通信距离，但需平衡功耗。
- 频道选择：避免 Wi-Fi 干扰（如 Channel 38-40 与 Wi-Fi Channel 1 重叠）。
- 数据包长度：长包（37 字节）更易受干扰，短包（如 8 字节）适合快速测试。
4. 测试工具与硬件
4.1 常用工具
- 射频测试仪：
- Keysight MXG N5182B（信号发生器）
- Rohde & Schwarz CMW270（综测仪）
- 软件工具：
- Nordic nRF Connect for Desktop（支持 DTM 测试）
- Ellisys Bluetooth Analyzer（协议分析）
4.2 硬件连接
+----------------+ +-----------------+ +-----------------+
| DUT |------>| RF Cable |------>| Test Equipment |
| (nRF52810) |<------| (50Ω 阻抗匹配) |<------| (频谱仪/信号源) |
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5. 常见问题与调试
5.1 测试失败原因
- 频率偏移超标：检查晶体负载电容匹配或启用自动频率补偿（AFC）。
- 调制精度不足：优化 GFSK 调制参数（如
MOD_CONFIG寄存器）。 - 功率不稳定：检查电源噪声或天线阻抗匹配（VSWR ≤ 2:1）。
5.2 调试步骤
- 使用频谱仪捕获射频信号，验证频率和功率。
- 通过协议分析仪检查数据包内容及时序。
- 调整 DTM 参数后重复测试，对比结果差异。
总结
通过合理配置 DTM 的物理层参数，可快速验证蓝牙设备的射频性能，确保其符合设计规范和认证要求。建议在量产前完成全频道、全功率范围的覆盖测试。