有關(guān)ATE促進(jìn)WiMAX射頻測試與特征描述

ATE促進(jìn)WiMAX射頻測試與特征描述事實(shí)證明，WiMAX收發(fā)器件有益于消費電子市場(chǎng)的發(fā)展，它們在此找到了多種用途，其中包括把WiFi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)。為確保器件按預想的那樣工作，并且使它們迅速上市，器件制造商們需要先進(jìn)的多功能測試設備和同樣先進(jìn)的測試軟件。這是必不可少的步驟。因為一個(gè)不完善甚至有很大缺陷的軟件會(huì )給廠(chǎng)商的信譽(yù)帶來(lái)嚴重的影響。

　　WiMAX的能力

　　WiMax（Worldwide Interoperability for Microwave Access），即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX也叫802·16無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)或802.16。WiMAX是一項新興的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數據傳輸距離最遠可達50km。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)。WiMAX的技術(shù)起點(diǎn)較高，采用了代表未來(lái)通信技術(shù)發(fā)展方向的OFDM/OFDMA、AAS、MIMO等先進(jìn)技術(shù)，隨著(zhù)技術(shù)標準的發(fā)展，WiMAX逐步實(shí)現寬帶業(yè)務(wù)的移動(dòng)化，而3G則實(shí)現移動(dòng)業(yè)務(wù)的寬帶化，兩種網(wǎng)絡(luò )的融合程度會(huì )越來(lái)越高。

　　WiMAX的設計可以在需要執照的無(wú)線(xiàn)頻段，或是公用的無(wú)線(xiàn)頻段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )運作。只要系統企業(yè)擁有該無(wú)線(xiàn)頻段的執照，而讓W(xué)iMAX在授權頻段運作時(shí)，WiMAX便可以用更多頻寬、更多時(shí)段與更強的功率進(jìn)行發(fā)送。一般來(lái)說(shuō)，只有無(wú)線(xiàn)IS／7.企業(yè)才會(huì )使用授權頻寬的WiMAX技術(shù)。至于Wi—Fi的設計則只在公用頻段中的2.4 GHz到5 GHZ之間工作。美國的聯(lián)邦通訊委員會(huì )（FCC）規定Wi—Fi一般的傳輸功率要在1毫瓦到100毫瓦之間。一般的WiMAX的傳輸功率大約100千瓦，所以WiFi的功率大約是WiMAX的一百萬(wàn)分之一。使用WiFi基地臺一百萬(wàn)倍傳輸功率的WiMAX基地臺，會(huì )有比WiFi終端更大的傳輸距離，這也是顯而易見(jiàn)的了。

　　WiMAX使用OFDM，這種復用方法把帶寬分成多個(gè)頻率子載波。在OFDM系統中，輸入數據流被分成了幾個(gè)數據速率更低的并行子流，每個(gè)子流均得到調制，并在單獨的正交子載波上傳輸。在10MHz信道帶寬中，基站和移動(dòng)裝置之間的下行鏈路的數據速率有可能達到63 Mbps，并且上行鏈路上有可能達到28Mbps（圖1）。

　　圖1，WiMAX調制方案包括正交相移鍵控和16點(diǎn)正交相移調幅。

　　在早期，移動(dòng)設備中的相內（I）和正交（Q）信息以模擬格式從基帶處理器傳輸到設備的射頻部分。在目前高度集成的設備中，ADC、DAC與射頻電路駐留在相同封裝中，構成了射頻器件與數字基帶處理器或數字總線(xiàn)之間的鏈路。把ADC和DAC從基帶處理器中移出來(lái)，放到射頻器件中，就有可能用最小的光刻尺寸來(lái)制造處理器，這可降低材料成本。圖2描繪了典型射頻MIMO收發(fā)器的布局，帶有數字接口和多個(gè)射頻端口。

　　圖2，WiMAX 2x2 MIMO收發(fā)器框圖。

　　WiMAX測試系統要求

　　為了在高吞吐率的制造流水線(xiàn)上測試WiMAX收發(fā)器，自動(dòng)化測試設備（ATE）系統需要以下關(guān)鍵能力：

　　1 數字供應和記錄速度與被測器件（DUT）相同；

　　2 用相位噪聲較低的時(shí)鐘來(lái)為合成器提供基準；

　　3 潔凈電源與中繼控制用輔助控制電路；

　　4 射頻供應與記錄；

　　5 多個(gè)射頻端口，可被輕松校準來(lái)獲得準確的信號電平；

　　6 供應和記錄WiMAX調制信號的方法。

　　ATE系統還需具有足夠的硬件和軟件資源，以便用很高的并行程度來(lái)執行多站點(diǎn)測試。利用并行測試，系統測試數個(gè)器件所需的總測試時(shí)間應能接近單站點(diǎn)系統測試一個(gè)器件所需的時(shí)間。

　　測試開(kāi)發(fā)期間，測試者應恰當安排測試儀資源，使負載板的復雜度最低。從測試工程師的角度看，這使得依照測試儀交付平面來(lái)校準射頻信號電平的工作能夠自動(dòng)完成。器件設計應使最終組裝產(chǎn)品的PCB上的元件數量最少，并因此降低材料成本。同理，ATE負載板的元件也應盡可能少。元件數量最少的“潔凈”負載板需要的設計、布局、構建、調試時(shí)間較短，并且事實(shí)證明，它們在批量生產(chǎn)時(shí)也更可靠。

　　為了測試MIMO器件，測試儀需要提供多個(gè)接收器來(lái)并行記錄器件的發(fā)射信號。它把記錄的波形傳輸給調制分析包，后者能與多個(gè)輸入流連接，并分析綜合信息。同樣的流程適用于接收路徑，此處的多個(gè)數字記錄引擎需要同時(shí)記錄來(lái)自各器件接收器的數字數據。

　　一個(gè)2×2 MIMO器件有2個(gè)輸入接收端口和2個(gè)輸出發(fā)射端口。若要在4站點(diǎn)環(huán)境中測試此類(lèi)器件，則測試儀必須提供8條射頻供應信道和8條射頻記錄信道。為避免在器件接口板（DIB）上使用分配器或射頻開(kāi)關(guān)，ATE需要提供16個(gè)射頻端口。

　　四站點(diǎn)應用需要4路高純度基準時(shí)鐘輸入，每路用于每個(gè)DUT的合成器。時(shí)鐘輸入的相位噪聲必須很低，這至關(guān)重要，這是由于時(shí)鐘相位噪聲會(huì )影響器件的性能。配備良好時(shí)鐘源的測試儀在DIB上無(wú)需分配器或晶體。晶體具有良好的相位噪聲，但它們的頻率并未鎖定到ATE，因此它們可能會(huì )導致數字同步問(wèn)題。因此，如果測試儀不需要晶體，測試者就將獲得更好的測試結果。

　　WiMAX器件面臨的測試難題

　　WiMAX器件必須經(jīng)歷一系列測試，來(lái)確保它們用在無(wú)線(xiàn)電設備中時(shí)將會(huì )恰當工作。這系列測試一般包括：

　　1 連續性與泄漏測試，以便確保封裝和靜電放電保護正確；

　　2 數字類(lèi)型測試（包括掃描格式的一些測試）；

　　3 對轉換器的傳統 INL、DNL、THD性能測量；

　　4 對DUT各種工作模式的電源功耗測量；

　　5 射頻收發(fā)操作，以便測試正弦波信號和調制信號的規格。

　　首先可以測試來(lái)確定器件是否在工作，是否需要進(jìn)一步測試。但是這一步的時(shí)間效率也許不高，這取決于成品率和測試方法。

　　隨著(zhù)器件變得更加復雜，對于設計者而言，在其中包含“面向測試的設計”特性就變得至關(guān)重要起來(lái)。例如，一條測試總線(xiàn)的若干測試模式被設計到了DUT中，它幫助把信號輸送到正常工作時(shí)不使用的觀(guān)察點(diǎn)。這種可見(jiàn)性幫助測試工程師準確測試DUT的某個(gè)塊或部分。

　　對WiMAX收發(fā)器的射頻發(fā)射部分所做的經(jīng)典連續波（CW）測試包括輸出功率、載波和邊帶抑制測量。測試者還可執行發(fā)射測試來(lái)測量本地振蕩器（LO）抑制。這并非常規發(fā)射測試，但他們應該知道發(fā)射引腳位置有多少LO泄漏，并且因此被天線(xiàn)輻射了多少。這個(gè)電平很低，并且無(wú)法用經(jīng)典的CW方法來(lái)測試LO的相位噪聲。

　　在接收端，增益、增益線(xiàn)性、圖像抑制、三階截?。↖P3）都是關(guān)鍵的CW測試。接收信號強度指標（RSSI）是另一項應該考慮的測試。 對于RSSI，器件自己的接收電平指示提供了一項良好的接收功能基本測試。RSSI測試通常需要讀取寄存器值，這可能是非常方便的一步，尤其是在晶圓探測期間，此時(shí)滿(mǎn)負荷的射頻測試儀經(jīng)常不能供利用，并且在執行一個(gè)測試子集。

　　射頻調制測試

　　調制測試按照器件在最終應用中的使用方式來(lái)檢查器件。這提供了一個(gè)優(yōu)勢——對無(wú)線(xiàn)電設備作為完整系統的性能執行測量。

　　對發(fā)射端做的一項典型調制測試就是誤差矢量幅度（EVM），也稱(chēng)作接收器星座誤差（RCE）。EVM測量星座點(diǎn)距離理想值有多遠，EVM越低越好（圖3）。

　　圖3，EVM計算表明了基準與星座圖上的觀(guān)察點(diǎn)之間的差異，這是由相位誤差和幅度誤差引起的。

　　在理想的情況下，調制信號的星座點(diǎn)將位于各自的理想位置。但由LO的相位噪聲、非線(xiàn)性、圖像抑制和其它問(wèn)題引起的器件缺陷會(huì )導致星座點(diǎn)處于不理想的位置，因此限制數據速率。

　　信道掩碼測試是另一項常見(jiàn)的調制發(fā)射測試，記錄到比信道更寬的帶寬，并且測量工作信道之外的信號電平，來(lái)確保它是低電平，并處于規格之內。

　　對于接收路徑，測試經(jīng)常測量EVM和誤碼率。BER是錯誤比特與正確比特之比，越小越好。BER測試對DUT收到的調制射頻信號做測量，并計算正確接收和錯誤接收的比特數量。BER測試一般很耗時(shí)，這是因為它要花很長(cháng)時(shí)間來(lái)測試很低的BER電平。

　　射頻調制測試也可用于濾波器測試。一種包含1個(gè)基帶分量和3至6個(gè)滾降帶和阻帶分量的多音信號可用于迅速確定器件濾波器的3 dB點(diǎn)和阻帶性能。這種多音信號方法可用于接收濾波器和發(fā)射濾波器，主要優(yōu)點(diǎn)是在數字域或視頻域只需要一次記錄。

　　調制測試提供關(guān)于DUT在完整系統中的性能的有用信息。如果DUT未能通過(guò)這些測試，則它們的工作表現很可能不會(huì )令人滿(mǎn)意。遺憾的是，在生產(chǎn)環(huán)境中很難準確指出是器件的哪個(gè)塊導致了問(wèn)題。如需確定邊際射頻性能，CW測試和調制測試應被認為是必要的。

　　臺式設備幫助完成特征描述

　　射頻器件的特征描述是在開(kāi)發(fā)臺上完成的，一些實(shí)驗室設備專(zhuān)門(mén)用來(lái)模擬器件在最終使用中的工作狀況，并按照相關(guān)標準來(lái)測試器件。該過(guò)程涉及面廣泛而耗時(shí)，并需要大量臺式設備。

　　由于使用了與ATE領(lǐng)域相同的工具，因此實(shí)驗室人員和生產(chǎn)人員有機會(huì )更密切合作，并使用符合行業(yè)標準和射頻標準的相同波形和分析方法。實(shí)驗室人員在實(shí)驗室中需要耗費的小時(shí)數將會(huì )減少，而生產(chǎn)人員將更快獲得與器件設置條件、寄存器值等等有關(guān)的各種問(wèn)題的答案。

　　今天的實(shí)驗室人員和生產(chǎn)人員能比前輩們更輕松地共享數據，這是因為多數較新式的ATE系統均基于PC，并且運行Windows操作系統。這些系統能對許多器件迅速運行測試，并能在需要時(shí)，用不同電源軌來(lái)迅速重新運行測試，并且測試結果可被自動(dòng)導出到Excel工作簿等等電子數據表中。工程師們然后能以圖形方式繪制測試結果，這帶來(lái)了方便的可視化分析以及與其他團隊成員和管理層之間的共享。

　　在實(shí)驗室和生產(chǎn)過(guò)程中使用相同的分析工具，可極大增加臺式測量與ATE測量之間建立相關(guān)性的機會(huì )，但仍需要技巧來(lái)處理兩個(gè)地點(diǎn)所用的不同DUT插座等等因素。另外，ATE板很可能將比實(shí)驗室評估板厚許多，并且電源解耦位置和射頻信號交付路線(xiàn)也將不同，需要測試工程技巧。

　　但是，由于調制工作所用的工具相同，因此綜合團隊在實(shí)驗室的工作將會(huì )更少，在測試儀上開(kāi)展的工作會(huì )更多，會(huì )更快并以更大的批量交付工程樣品。擁有相同的ATE和臺 式調制調試顯示器和設置文件也很有幫助。根本之處在于能及時(shí)交付經(jīng)過(guò)全面測試并且符合客戶(hù)期望的WiMAX器件。

結論

本文為了恰當地測試WiMAX收發(fā)器件，射頻半導體測試儀需要準確迅速地執行測試，并且幫助完成器件特征描述。相信會(huì )給有需要WiMAX技術(shù)的人帶來(lái)一定的幫助。比如為廠(chǎng)商對新開(kāi)發(fā)的軟件的測試提供了很好的途徑。