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华为5G芯片率先完成SA/NSA全部测试的背后:面临哪些挑战?

2019-07-19 10:12
来源: 芯智讯

RF-RF波束成形器

测试5G波束成形设备时,如下图中的波束成形设备,工程师需要在多个宽频段下测试最大线性输 出以及各个路径的压缩行为。他们还必须检查衰减器的步进误差以及每个步进的相位偏差。对于接收路径,他们还需要对噪声系数与频率之间的关系进行分析。

鉴于信号是双向的,因此最简单的测试方法是反转与测试仪器之间的连接,但对于水平和垂直极 化的多端口设备(8个、16个甚至更多)来说,这个方法并不可行。测试仪器必须包括专为多端口测 试而设计的快速双向切换解决方案。

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图:水平和垂直极化的波束成形器IC

IF-RF波束成形器

其他类型的波束成形设备(即IF-RF波束成形器)可将中频(IF)信号上变频为RF信号。反之,这些设 备也可以将接收到的RF信号下变频为IF信号(见下图)。正如上述针对RF-RF波束形成器的讨论, 工程师还需要在不同频率范围内分析这些组件的性能,测量每个步进的幅度和相位变化,并检查 频率变化是否适当,同时最小化镜像信号和高阶谐波干扰。IF-RF波束成形器还带来了其他测量 挑战,因为它们需要在不同中频下生成IF信号并进行分析,具体频率取决于特定设备的频率设计。例如,部分DUT在 8或12 GHz的IF下工作,而有些DUT则将其IF设置为18GHz。

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图:IF-RF波束成形器设备

工程师需要分析和校正5G波束成形器设备的误差源,以确保正确的传输功率、精确的方向控制和可靠的灵敏度。这些误差源包括:IQ减损和信号平坦度,模块之间的LO相位噪声和频移,天线元件之间的相位差,信号细窄/尖锐程度(tapering)控制以及隔离和互耦。

这需要测量信号从一个路径传输到另一个路径的变化是否最小,这是因为天线元件和信号路径之间的互耦会影响MIMO操作和信号解调性能。

数字控制挑战

自动分析多频带FEM和多通道波束成形器还需要快速且简单的数字DUT控制。很多时候,工程师需要串行外设接口(SPI)和MIPI等数字协议在超频状态下进行测试,以便在真实应用场景中运行其DUT。例如,如果是波束成形器,则该设备必须满足5G技术对波束灵活性的要求(波束搜索、匹配、跟踪和波束成形等)。这需要在极短时间内更改状态。为了满足这一需求,测试台需要的数字仪器必须能够更快速实现数字协议。

NI测试解决方案基于PXI仪器和灵活的测试软件,使工程师能够快速配置时间同步且相位相干的多通道测试系统,以实现自动化RFIC特性分析、验证和生产测试。

最新的多核处理器可帮助用户更快速地生成并行测量结果,以应对不断增加的测试用例。此外, 该解决方案还集成了各种快速的数字预失真算法,使用户能够部署和实时执行自定义算法,从而快速可视化PA性能结果。

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图:集成式PXI工作台采用DPD和包络跟踪技术进行FEM测试

此外,针对需要控制和测试IC的半导体工程师,NI PX平台还提供了专用的高速数字I/O仪器。这些数字仪器基于drive format和time set概念,其中NI 数字pattern编辑器提供了丰富的软件体验,包含了各种调试和特性分析工具,比如数字示波器。

2019年是中国5G商用元年,5G网络建设需要考虑多种建设场景。为了满足市场对5G技术的迫切需求,研究人员和工程师需要依赖于更快、更具成本效益的测试系统来应对这些挑战。

虽然测试系统和测量系统在设计上必须能够测试目前的AiP设备,它们还必须能够适应未来的波束成形和OTA的测试要求。这意味着,测试系统必须具备灵活性,不仅可以测试当前的设备,而且也可以适应未来的半导体技术。由模块化硬件和灵活软件组成的NI平台使工程师能够利用新的仪器功能来加快并简化5G设备的特性分析、验证和生产测试。

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