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实施5 g射频(RF)标准是迅速增加[1]。过去四到六个季度以来,一直专注于增加出版物和产品被引入市场。一些比较流行的射频应用生态系统包括手机、无线网络、汽车、物联网(物联网),位置服务等等。无线网络和手机服务是数据密集型,而物联网,在某些情况下,可能需要的数据量有限。

基于4 g移动网络的单位体积指标、信心水平上实现图1中的单位体积和总潜在市场(TAM)与5 g标准定义似乎很高。

图1:强劲的增长预计为5克的产品。来源:物联网商业新闻。

有很多类似的情节显示这些卷全球地域开发产品5 g规范。高5 g射频单元数量预计将导致更高的单元测试卷。基础设施开发和部署将在用户设备介绍。如图2所示,一个典型的手机应用程序包括一个基站与手机塔,每个支持多个用户的手机覆盖范围。

图2:双向射频通信的关键成分框图包括应用程序处理器(美联社)、基带集成电路(IC)和射频集成电路(芯片)。

由于基站覆盖区域来支持多个用户设备,功率的要求是相对较高的用户设备。基站是由插件权力,而用户设备被设计成低功耗,因为他们是手机和电池。因为数据下载的大小在一个典型的手机高出几个数量级的数据上传,接收通道的数量通常比传输通道的数量。多概念多输出(MIMO),载波聚合(CA)[1]在一个协议层增加的有效带宽。接收通道采用多样性提高空间性能[1]。尽管这些概念直接不是本文的重点,产品架构和设计做影响测试要求和测试方法。基于无线技术的应用程序通常在家庭/办公室。他们最大的功率是有限的,然而,动态范围并不是和他们的带宽通常更高的相对于手机。

最近推出的5 g 3 gpp标准[1],确定载波频率在两个不同的载波频率光谱。如图3所示,FR1载波频率410 MHz的7.125 GHz和FR2载波频率范围在24 GHz 52 GHz范围。允许的带宽超过100 MHz 2 GHz。子载波间隔压实,因此需要更严格的约束对相位噪声和增益平坦。

图3:5 g载波频率在3 gpp规范中定义[1]。

5 g的新收音机(NR)调制方案

有两个5 g NR信号调制方案——循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)和离散傅里叶变换传播正交频分复用(DFT-S-OFDM)[1](图4)。

图4:256年正交调幅(256 - qam) 5 g NR星座图捕获一个显著V93K。

CP-OFDM下行(D / L),与正交相移键控(QPSK) 16-QAM, 64 - qam, 256 - qam。它具有较高的频谱效率和兼容天线和4 g LTE的定义。DFT-S-OFDM上行(U / L),π/ 2 -二进制相移键控(BPSK) 16-QAM, 64 - qam, 256 - qam。它有一个更复杂的实现和更灵活的资源分配CP-OFDM相比,它并不与天线系统结合使用。子载波间距为5 g NR 15千赫至240赫兹之间。图4显示了一个256 - qam阴谋。

5 g & RFIO射频产品

现代直接和外差式转换器架构[2]数字基带I / O。数字基带数据提要的数模转换器(DAC)创建模拟同步和正交波形(I / Q)。这些波形,当与本地振荡器(LO)混合信号,up-convert数据产生调制中频(IF)或射频信号传输到接收者(Rx)。信号传输是通过同轴屏蔽电缆或在空气中。在传输之前,特别是当它是空气,信号可能需要信号放大。此外,接收方可能需要提供之前接收到的信号被放大的信号下变频。美联储下转换信号的模拟-数字转换器(ADC),将信号转换为数字基带处理应用程序处理器。图5显示了这些步骤。

图5:简化发射机(Tx)和Rx射频手拉葫芦。

集成设备制造商(IDM)客户带来各种射频产品组装和测试服务。这包括并不仅限于收发器,低噪声放大器(LNA),功率放大器(PA),数字步进衰减器(DSA),过滤器,搅拌机。根据目标应用程序不同,射频输入和输出通道的数量可能会有所不同。带宽、相位噪声、互调失真(IMD),相位和幅度分辨率/准确性和其他测试要求可能会有所不同。

测试设备(DUT)发射机特性规格生产测试包括发射功率和射频频谱排放(占用带宽,乐队的排放,相邻信道泄漏率(ACLR)和瑞士洛桑国际管理发展学院)。dut接收机的特点对生产测试规范包括接收灵敏度,最大输入水平,相邻信道选择性,阻塞,杂散响应和IMD [1]。

自动测试设备测试&工具5 g射频子系统

效果显著,Teradyne,民族乐器,Cohu最近公开发布了升级路径的成熟吃祭。公司利用吃的射频子系统硬件和软件设备基础设施测试客户产品的生产工厂。

吃供应商通常建筑师普遍超集的配置资源为客户测试应用程序开发工具。任意波形发生器(awg)的数量,数字转换器(总局),洛杉矶,过滤器,放大器,语气组合器,传输信号分割,接收信号开关和宽的带宽和动态范围的操作存在权衡取舍,必须考虑每一个新5 g射频应用程序为每个客户。在特定于应用程序的频率和振幅相位噪声的仪器设计直接影响误差向量幅度(维生素)测试。-110 dBc / Hz的相位噪声抵消100 kHz和-10分贝或更好的是可以接受的(典型的)5 g的连续波(CW)的频率。在典型的宽带客户产品应用程序中,需要开关频率和振幅。切换时间影响总体测试执行时间列表。测试人员与最小的切换时间最有效的生产测试。图6显示了一个吃了框图。

图6:一个简化的框图。

自定义工具(探针卡和/或负载板)必须开发帮助路线测试资源设备,针或肿块。服务晶片探针,探针卡供应商提供探针针技术。5 g射频载波频率高于50兆赫,挑战包括阻抗匹配和销销和站点,站点信号隔离。包装部分,加载板、插座、灯头钉技术供应商提供销技术。5 g射频载波频率,挑战是探测针类似的描述。可接受的水平的插入损耗(参数s S21)这些频率通常不超过-10分贝和返回损失(S11)频率范围通常比-10分贝。这个隔离的可接受水平的典型应用程序范围的频率比-45分贝。

射频性能和精度规格由供应商保证交付测试头信号接口。测试人员供应商开发和交付校准系统(硬件和软件)校准,验证和记录规范内诊断性能。射频仪器精度规范对温度波动比较敏感。在大多数情况下,±5°C(或者更严格)温度变化触发乐器的自校准程序。电源、信号(数字、模拟/ RF),和时钟需要移动标定平面从测试设备销。这个路径包括探针卡或负载上的痕迹。我们有一个独特的好处,要么使用de-embedding技术和使用环回或定制开发的,开放的,负载,通过(你)结构来帮助交付所需的射频信号测试设备精度。开发定制的标准校准在大多数情况下需要额外的努力,然而,随着内部包装设计,大道确实存在。在大多数情况下,金色的环回DUT技术已经足以达到预期的精度。

集成测试连接

我们的组装和测试部门密切合作,使5 g射频工程开发生产测试。利益是一个完整的组装和测试提供交钥匙解决方案来自同一个工厂的位置。5克包装在包提供天线和天线方案(AiP / AoP) SIP最初由公司在2018年7月宣布在公共新闻发布2019年[3]。

最近的组装和包装技术的发展,射频,5 g收发器和射频前端(RFFE)设备,天线嵌入到包。包(SiP)同样,系统设备集成相关组件,如处理器内存芯片外设,离散组件包括功率放大器、低噪声放大器、相位阵列,在集成电路和天线结构包[4]。前端的天线形式的关键组件,需要调优操作的特定频段。5 g NR FR2兼容客户今天产品设计在特定的操作性能调整乐队,3 gpp规范中定义的[1]。数据密集型应用程序可以保证包装多个无线电包内,因此需要多个天线调谐/操作频带。

所有的生产测试之前和现在的一代又一代的射频设备导电。射频I / O和DUT的电与impedance-controlled路径连接电缆和屏蔽印刷电路板(PCB) micro-traces测试仪的射频仪器。如上所述,所有吃供应商开发5 g射频测试解决方案包括导电射频同轴互连。使大批量生产测试包的嵌入式天线,测试方法需要一个互连的传输或接收射频能量损失最小和控制信号。天线传输理论[7],需要最小空间发射机和接收机之间的分离。这种分离取决于载波频率。射频I / O通道的数量和多点测试需求添加到生产测试的复杂性。目前正在研究的测试选项,包括补丁和喇叭天线,波束形成ICs (BFICs),嵌入式定向耦合器和波导。这些解决方案是大批量制造友好也不是可伸缩的天线数量的增加。这主要是由于物理空间的要求在测试人员的处理程序接口。

IDMs架构设计的结构,使回路设计卓越(DfX)模式在收发器来帮助简化和生产测试设备要求经济。虽然天线嵌入包提供了添加小型化和整体集成,它带走的灵活性的最终性能调优应用程序为新5 g NR操作的载波频率。该公司将继续与供应商和客户合作解决无线(OTA)对生产测试测试的挑战。

增值的命题

在高级别上,有两个主要生产测试的操作模式。第一个客户采取完全控制的测试内容,包括将所选5 g射频测试设备和使用执行公司生产运行。第二个测试操作模式已启用生产测试客户要求工程服务。在这种情况下,我们的测试开发团队与客户紧密合作,满足每个客户的定制需求的测试开发工程(语音)的要求。增值语音服务的例子包括但不限于:

• 选择匹配的5 g使测试人员,
• 选择匹配的探测器和/或处理程序,
• 设计匹配5 g测试工具(探针卡,负载板),使适当的测试资源分配,特别是对于多站点生产测试,
• 开发和调试生产测试程序,测试模式,每个客户的功能测试和测试波形规范,
• 产品资格,
• 产品鉴定测试例程,
• 产量优化、低产失效分析和产品设计的反馈。(5月失效分析,例如,需要x射线或de-lamination确定制造和组装包装缺陷的根源),
• 自定义后端流动,使成品的有效处理。

RF测试开发工程集团有很大的开发测试方案和测试内容之前的经验和现在的一代又一代的射频技术和继续建立这方面的专业知识应用到解决5 g测试这里描述的挑战。集团积极参与创建并提出测试基站和移动解决方案5 g射频产品FR1和FR2射频频谱。这些测试解决方案利用3 gpp标准兼容吃上述硬件和软件测试工具。

内部生产测试流程这些年来已经成熟,并允许的实现设计制造(DFM)规则5 g射频生产测试。收集、分析、和留住制造生产5 g射频测试的测试结果是至关重要的改进测试方法,流程和内容。在特定的情况下,测试工程师提供有价值的反馈集成电路设计和制造工艺工程师。建立统计本限制(SBL) 5 g射频测试结果整个测试设备多点的舰队可以帮助识别系统相关设备错误失败和帮助消除这些因素。这确保了最佳的测试设备利用率和改善整个生产吞吐量。

相当一部分客户和关键产品上市时间(TTM)目标和知识产权(IP)污染很敏感和安全。成熟的系统和流程来处理所有这些客户的担忧。

公司生产的大量测试已经准备测试5 g产品,预计在未来几年。这包括5 g基站和基础设施设备,预计将先于用户设备(移动设备)的增长。

总结

5 g射频生产测试业务规模巨大和快速增长。我们的生产测试团队已经与集合包装密切合作,吃了供应商和客户,以确保整体5 g射频生产测试服务可用来满足和超过所有测试功能和能力的挑战。

引用

1. 3 gppTS 38.101 - 1 V16.1.0(2019 - 09年)。
2. 宽带射频架构选项——彼得·提洛岛模拟设备。
3. 公司设备包
4. 在包/天线天线方案
5. 公司天线在包文章。
6. 公司包-新闻稿2019
7. 菲涅耳远场区域或天线理论

关于作者

Vineet Pancholi Sr公司测试技术总监,公司在坦佩。Vineet于2019年1月加bob体彩入公司,目前为5 g射频测试技术的发展和高速数字生产测试方法。在加入公司之前,在微芯片技术Vineet在测试开发工作。之前,他花了19年在英特尔在各种测试角色,包括测试供应商管理、测试技术开发(老化,最终和系统级测试)和射频测试架构师。Vineet持有专利半导体器件测试人员和赢得了物理bob软件学硕士学位,从亚利桑那州立大学电气工程。