NI軟硬件并行策略加速5G商用進(jìn)程

整體而言,5G的發(fā)展對設備制造商提出了更復雜的測試難題,從頻段的角度看,Sub-6G頻段經(jīng)過(guò)多年的驗證、測試方案相對成熟,更嚴峻的挑戰則是測試在毫米波頻段上運行的5G組件和設備。

相較Sub-6G,毫米波的波長(cháng)更短、衰減更大,為了維持同樣的信號覆蓋能力,毫米波設備需要采用陣列天線(xiàn)、如4x4或更多數量。毫米波天線(xiàn)尺寸變得更小,進(jìn)一步推動(dòng)了廠(chǎng)商將天線(xiàn)與射頻前端封裝在一起,并同步進(jìn)行測試。NI觀(guān)察到,幾乎所有的射頻前端、天線(xiàn)廠(chǎng)商都在開(kāi)發(fā)封裝天線(xiàn)(AiP,Antenna inPackage)產(chǎn)品,而AiP僅能通過(guò)OTA(Over the Air)測試,這是新的市場(chǎng)需求、極大地推動(dòng)了業(yè)界重新思考和更換現有的測試技術(shù),并對之優(yōu)化以實(shí)現更快的信號處理、多頻段的運行、更高的通道數、OTA測量的可靠性和快速的執行等等。

當然,OTA測試并非新興事物,在其他領(lǐng)域已應用多年。那么OTA測試如何與5G結合?5G強大的“帶貨”能力(數以?xún)|計的終端設備出貨量)要求設備級測試時(shí)每DUT的OTA測試時(shí)間以分鐘為計算單位,半導體組件的測試時(shí)間則以秒計,因此必須為多站點(diǎn)并行生產(chǎn)測試找到一種新的可行性解決方案。

OTA測試不是孤立的測試步驟,涉及到晶圓、封裝IC和設備等不同層級的測試要求與解決方案。首先,晶圓層級的OTA探針?lè )桨敢呀?jīng)能夠滿(mǎn)足毫米波射頻信號的需求。而在A(yíng)iP IC層級,只有通過(guò)OTA測試才能確定其功能與性能。保守的測試方式一般是按順序逐個(gè)測試天線(xiàn)元件;但是,若廠(chǎng)商采用經(jīng)過(guò)適當晶圓級測試的優(yōu)質(zhì)晶片,且封裝過(guò)程經(jīng)過(guò)優(yōu)化,那么在A(yíng)iP封裝級別進(jìn)行另一次全面的OTA測試則可能造成浪費。

為了最大限度地優(yōu)化成本與縮短產(chǎn)品上市時(shí)間,另一種OTA測試方法則聚焦在測試具有波束成形功能的整個(gè)天線(xiàn)陣列、而非單個(gè)天線(xiàn)元件,以此獲知總的射頻性能。這種測試方法的挑戰在于發(fā)現晶粒與襯底之間的參數上的缺失(defect),以及判斷封裝內的天線(xiàn)質(zhì)量。在初始生產(chǎn)階段,廠(chǎng)商可以選擇執行完整的參數化OTA測試,然后切換到測試子集以實(shí)現全量產(chǎn)。

最后,在圍繞AiP IC集成的更多組件、PCB和外殼的設備層級,也是難以逐個(gè)測試天線(xiàn)組件。因此,NI建議改變現有的設備測試順序,以納入OTA測量項目,進(jìn)而完善整個(gè)流程的測試方案。

盡管OTA測試帶來(lái)了很大的優(yōu)勢,但NI強調的是在提供測試方案給客戶(hù)的時(shí)候,怎么樣在同樣的測試設備中提供OTA測試的能力,而不是為了OTA測試,推薦給客戶(hù)不同的系統。

NI的解決方案是軟硬件并行的策略,例如針對5G測試,NI專(zhuān)門(mén)推出了Radio Head測試探頭,包括了放大、上下變頻、多埠切換等一系列功能,相當于將原本的臺式儀表擴展出來(lái),但功率不會(huì )有任何損耗、甚至能夠提供更大的測試功率,使用者無(wú)需外掛切換器或校準等操作,即可實(shí)現multi-port的測試能力。同時(shí),NI軟件定制測試平臺支持最新的5G NR物理層協(xié)定,其中包含測試寬NR分量載波或載波聚合信號所需的瞬時(shí)帶寬等測試技術(shù)。NI的高帶寬儀器還允許通過(guò)數字預失真技術(shù)對DUT進(jìn)行相關(guān)的測試。此外,NI平臺還為多通道測量系統提供相位相干和時(shí)間對齊擴展,達成相位的高精準測量。