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5G時代,多端口器件測試面臨哪些挑戰?

Carol Li ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:李彎彎 ? 2019-10-25 07:50 ? 次閱讀

隨著5G來臨,元器件開始朝更多端口、更集成化、更高復雜度的方向發展。

從器件方面來看,2G/3G時代,手機背板基本貼的是單個元器件,包括濾波器、功放、雙工器。到5G時代,要求器件的尺寸越來越小,集成化就成了新趨勢,比如射頻前端模塊,就是將天線開關、放大器、雙工器、濾波器等集成在一起。

從天線方面來看,2G時代,手機基本使用單端口天線。到5G時代,毫米波頻段的引用,使得射頻信號空間損耗非常大,為了改善這種狀況,開始采用MIMO陣列天線,就會有很多端口。MIMO(Multiple-InputMultiple-Output),指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線,使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收,從而改善通信質量。

元器件朝更多端口、更集成化方向發展

圖:元器件朝更多端口、更集成化方向發展

同時,更多端口、更集成化、更高復雜度的器件,給測試帶來了諸多挑戰,在10月17日的是德科技測試技術研討會上,是德科技Application Engineer LiMeng分享了5G時代多端口器件測試存在的問題及解決方案。

多端口器件測試面臨諸多挑戰

1.測試的參數越來越多。比如濾波器測試,過去只需測S參數(也就是散射參數,是微波傳輸中的一個重要參數)。現在,因為集成化趨勢,需要測的可能就是FEMiD,與雙工器集成的前段模塊,除了S參數之外,還需要測增益壓縮、三階交調、噪聲系數等。

再比如高速互連線測試,如果是一個差分線,只需測插損或阻抗,而現在隨著傳輸速度增高、通道數增多,除了測阻抗、插損之外,還需要測延時、串擾(包括近串、遠串等),可見測量參數急劇增加。

2.測試指標要求高。因為多端口測試量很大,所以需要測試效率必須很高。如果測試量急劇增多,而測試效率卻跟原來一樣的話,就需要非常長的時間才能完成整個器件的測試。

3.精度高、系統穩定性好。多端口的器件對于測試系統來說,提出了非常高的要求,如果希望測試出來的結果精度高,穩定性好,就需要測試效率更高的測試系統。

面對多端口器件測試,面前市面上有兩大比較傳統的測試方案,一是用2端口或者4端口網絡分析儀多次測量,二是基于基于網絡分析儀和開關矩陣的多端口測試系統,其中前者使用較少,后者較為常見,這兩大測試方案各有優缺點。

傳統測試方案缺點顯著

用2端口或者4端口網絡分析儀多次測量,此方案的優點在于,測試方法非常簡單,儀表成本低。缺點很多,一是測試時間很長,Li Meng介紹到,是德科技做過一個實驗,讓對儀表操作非常熟練的工程師,對14端口的器件進行全參數測試,需要50分鐘,這對于產線和研發來說,耗時太長;二是測試過程非常復雜,用2端口網絡分析儀對N端口器件進行測試,需要將N個端口器件,兩兩間都要組合測量,即需要測量N(N-1)/2次;三是為了避免串擾,在測量這兩個端口參數的時候,其他端口還需要連上負載。

基于網絡分析儀和開關矩陣的多端口測試系統,此方案是用兩端口的網絡分析儀,測N端口的器件,在網絡分析儀和器件之間,搭建一個開關矩陣,這樣就可以將網絡分析儀的兩個端口通過開關切到N個端口,測試的時候,只需把測試座N個端口與被測物連起來。

優點在于,可一次連接所有端口,無需改變連接,并且對動態范圍和精度要求不高的情況,具有較低的成本。缺點也很多,一是系統動態范圍下降;二是系統精度和穩定性不高;三是測試速度一般,加了開關箱之后,測試一個14端口器件需要12分鐘,雖然相較于方案一來說,時間雖然縮短很多,但是對于研發和產線來說,還是過長。

什么是系統動態范圍?系統動態范圍指的是網絡分析儀端口最大輸出功率和端口噪底的差,系統指標通常在10HzIFBW(中頻帶寬)下定義,IFBW每提高10倍,動態范圍減少10dB。比如,若端口最大輸出5dBm,燥底為-115dBm,則系統動態范圍為120dB(1FBW=10Hz),當1FBW=1kHz時,動態范圍為100dB。

加開關箱之后,系統動態范圍會受影響。一、開關矩陣內部插損會降低動態范圍,因為開關箱有插損,比如一個網絡分析儀,原本可以輸出10dBm的信號,經過開關箱,受插損影響之后,到達被測物的功率就會變小,不再是10dB;二、開關隔離度會限制系統動態范圍;三是為了達到同樣的動態范圍,需要設置更小的IFBW(中頻帶寬),測試速度就會變慢。

加開關箱之后,系統溫度穩定性和精度不高。首先看溫度穩定性,對于網絡分析儀來說,溫度穩定性是一個非常重要的指標,什么是溫度穩定性?簡單點說,就是這個時刻測的結果,和兩個小時之后測的結果不一樣,這就是穩定性不好,即存在溫漂。LiMeng指出,網絡分析儀內部是由各種有源器件組成的,整套網絡分析儀系統在出場的時候,會給一個溫度穩定性指標,一般這個溫度穩定性的溫漂非常小,而加開關箱之后,溫度穩定性的溫漂就很明顯,即同一個被測物,現在測的結果和兩個小時之后測的結果相差非常大。再來看系統的精度,因為在網分和被測物之間,接入了一段電路,即開關箱,系統原始性能(匹配、方向性)就會變差,從而導致精度變差。

雖然開關矩陣的這些誤差能夠通過校準消除掉,但是過程極其復雜,分兩種情況,如果網分和開關矩陣由同一廠家提供,并支持多端口校準,如Keysight PNA+多端口測試座,則校準測量過程較為簡單。而多數情況下,開關矩陣校準測量復雜、耗時,需要編程控制,比如校準時,需要切到兩個端口校準,保存校準數據,再切到下面個端口校準,保存校準數據,并且需要重復N(N-1)/2次,測量完成后,還需要切到兩個端口,調用校準測量,再切到下兩個端口,調用校準測量。

加開關箱之后,對整套系統測試速度有影響。上文提到,只用一個兩端口的網分,測一個14端口的器件,需要50分鐘,加開關箱之后,測量速度下降到12分鐘,雖然時長大幅下降,但是節省下來的并不是系統處理數據的時間,而是手動擰動連接的時間。而處理數據的能力其實還是依賴于網分,比如兩端口的網分,加了一個多端口的開關箱,但實際上網分的接收通路還是網分的兩條通路。

網絡分析儀有一個影響測試速度的重要參數,叫儀表的掃描次數,Li Meng表示,只有通過網絡分析儀增加處理數據能力的接收機,才能提高處理數據的速度。比如要處理一個8端口的器件,2端口的網分+開關箱,需要56次掃描;4端口的網分+開關箱,需要24次掃描;真正意義8端口網分,需要8次掃描,也就是真正意義8端口網分,8次掃描就可以把所有的參數取下來。

可見,加開關箱之后,雖然硬件的通道數可以達到,而這對整套系統的測試精度、溫度穩定性、動態范圍、測速速度、校準的復雜度等都會帶來不好的影響。

因此,對多端口的器件的測試來說,只有具有真正意義的多端口接收機的網絡分析儀才能提供最好的系統性能。

是德科技多端口網絡分析儀

為了適應5G時代,多端口器件的測試需求,是德科技于今年5月份推出了最新的網絡分析儀M980xA系列,就是一款真正意義的多端口網絡分析儀,網絡分析儀有四個非常重要的參數,動態范圍、掃描時間、軌跡噪聲和溫度穩定性,M980xA系列在這四個參數的表現上都非常出色。

圖:是德科技多端口網絡分析儀M980xA系列特性

相較于傳統測量方案,該系列多端口網絡分析儀可以幫助客戶解決多方面的問:一、簡化測試系統,加快對測試系統的重新配置和校準;二、減少測試系統中的部件數量,最大限度地減少維護和停機成本;三、簡單、方便地自動完成設置,加快測試速度,提高測試吞吐量;四、避免使用額外連接和外部開關時所帶來的損耗,提高測試精度;五、定制硬件,輕松適應未來的測試要求。

并且,該款新型網絡分析儀包含多種測量應用軟件,如自動夾具移除、時域分析、基礎脈沖射頻測量、標量混頻器/變頻器測量、增益壓縮測量、頻譜分析等。

圖:M980xA系列網絡分析儀應用范圍

此外,該系列多端口網絡分析儀具有很高的自由度和靈活性,可以通過將多個測試接口進行連接,實現更多多口的器件測試,并且操作界面非常簡單,只要點擊選擇需要使用的部分即可。

圖:新型多端口網絡分析儀操作界面

總結

相對于4G來說,5G時代在很多方面都發生了變化,這些變化意味著相關技術要面臨一場全面的革新,比如測試技術,5G時代需要更高綜合度和靈活性的測試解決方案,用于應對器件集成化等各方面帶來的測試挑戰,這些挑戰同時也成了測試企業贏得市場的重要機會。

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       壓力傳感器(Pressure Transducer)是能感受壓力信號,并能按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸...
發表于 03-04 14:13 ? 990次 閱讀
吉時利源表-皮納級電流壓力傳感器測試方案

(維修案例分享)是德科技E4428C信號發生器維修

近期深圳某企業送修一臺是德科技E4428C信號發生器,客戶報修儀器開機黑屏,送過來后,工程師接手準備檢測儀器,以下是具體檢...
發表于 02-20 15:16 ? 929次 閱讀
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