中文 英语

满足5G RF生产测试服务的挑战

为什么测试5G RF设备如此复杂,以及工程服务如何提供帮助。

人气

5G射频(RF)标准的实现迅速增加[1]。在过去的四到六个季度中,侧重于出版物和产品被引入市场的产品。一些更流行的RF生态系统应用程序包括手机,Wi-Fi,汽车,物联网(IOT),位置服务等。Wi-Fi和手机服务是数据密集型的,而IoT在某些情况下可能需要有限的数据。

基于4G移动网络的单位卷指标,实现图1和总可卡网(TAM)的单位卷的置信水平似乎很高。


图1:预计5G产品的强劲增长。资料来源:物联网商业新闻。

有很多类似的地块,从全球范围地理位置开发产品5G规格。预计较高的5G射频单元体积将导致测试较高的单位体积。预计基础架构的开发和部署将在用户设备介绍之前。如图2所示,典型的手机应用包括具有手机塔的基站,每个基站支持覆盖区域中的多个用户的手机。


图2:双向RF通信框图的关键成分包括应用处理器(AP),基带集成电路(IC)和射频集成电路(RFIC)。

由于基站具有支持多个用户设备的覆盖区域,因此RF功率要求相对于用户设备更高。基站由插件电源供电,而用户设备则设计为功率效率,因为它们是移动的,电池供电。由于在典型的手机上下载的数据的大小是比上载数据高的数量级,因此接收信道的数量通常大于发射信道的数量。在协议层采用多输入,多输出(MIMO)和载波聚合(CA)[1]等概念,以增加有效带宽。接收通道使用多样性[1]以提高空间性能。尽管这些概念不是本文的直接焦点,产品架构和设计确实对测试要求和测试方法产生了影响。基于WiFi技术的应用通常在家庭/办公室内。它们的最大RF功率是有限的,但动态范围不是,并且它们的带宽相对于手机通常更高。

最近引入5G 3GPP标准[1],识别两个单独的载波频谱中的载波频率。如图3所示,FR1载波频率位于410MHz至7.125GHz范围内,并且FR2载波频率位于24 GHz至52GHz范围内。允许带宽超过100 MHz,最高可达2 GHz。子载波间隔是压实的,因此需要对相位噪声进行更严格的约束,并获得平坦度。


图3:在3GPP规格[1]中定义了5G载波频率。

5G新型无线电(NR)调制方案

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


图。图4:在Addart V93K上捕获的256正交幅度调制(256-QAM)5G NR星座图。

CP-OFDM用于下行链路(D / L),具有正交相移键控(QPSK),16-QAM,64-QAM和256-QAM。它具有高光谱效率,并与MIMO和4G LTE定义兼容。DFT-S-OFDM用于上行链路(U / L),具有π/ 2-二进制相移键控(BPSK),16-QAM,64-QAM和256-QAM。它具有更复杂的实现,并且与CP-OFDM相比具有更少灵活的资源分配,并且它不与MIMO结合使用。5G NR的五个子载波间距在15kHz至240kHz之间。图4显示了256 QAM图。

5G RF产品和RFIO

现代直接和外差转换器架构[2]具有数字基带I / O.数字基带将数据馈送到数字到模拟转换器(DAC),该转换器(DAC)创建模拟同步和正交(I / Q)波形。当与本地振荡器(LO)信号混合时,这些波形,上转换数据以产生被发送到接收器(Rx)的调制中频(IF)或RF信号。信号传输在同轴屏蔽电缆上或空气中发生。在传输之前,特别是当它在空中时,信号可能需要信号放大。而且,接收器可以在为下转换提供信号之前要求接收的信号放大。下转换信号被馈送到模数转换器(ADC),该模数转换器(ADC)将信号转换为数字基带进行数字基带以便由应用处理器处理。图5显示了这些步骤。


图5:简化的发射机(TX)和RX RF链块。

集成设备制造商(IDM)客户为组装和测试服务带来各种RF产品。这包括,并且不限于收发器,低噪声放大器(LNA),功率放大器(PA),数字步衰减器(DSA),滤波器和混频器。根据目标应用程序,RF输入和输出通道的数量可能是不同的。带宽,相位噪声,互调失真(IMD),相位和幅度分辨率/精度以及其他测试要求也可能变化。

用于生产测试的测试(DUT)的设备(DUT)发射器特性规范包括传输功率和RF频谱排放(占用带宽,带宽排放,相邻信道泄漏比(ACLR)和IMD)。DUT的接收器特性用于生产测试的特性规范包括接收灵敏度,最大输入电平,相邻信道选择性,阻塞,虚假响应和IMD [1]。

自动化测试设备(ATE)测试仪和工具和5G RF子系统

最近,Teradyne,National Instruments和Cohu最近公开发布了他们成熟的吃的升级路径。AMKOR利用ATE的RF子系统硬件和软件仪器基础架构来测试生产工厂的客户产品。

ATE供应商通常架构架构仪器资源的通用超集配置,以便客户测试应用程序开发。任意波形发生器(AWG),数字化器(DGTS),LOS,滤波器,放大器,音调组合器,传输信号分路器,接收信号交换机,以及它们宽带宽和动态操作范围的折衷和动态的操作范围当前必须考虑的权衡每位客户的新5G RF应用程序。从仪器设计的应用特定频率和幅度的相位噪声对误差矢量幅度(EVM)测试有直接影响。在100kHz和-10dB或更好的偏移中的相位噪声或更好的是在5G的连续波(CW)频率下是可接受的(典型的)。在典型的宽带客户产品应用中,需要切换频率和幅度。切换时间影响整个测试列表执行时间。具有最小切换时间的测试人员是生产测试中最有效的。图6示出了ATE框图。


图6:简化的ATE框图。

必须开发自定义工具(探测卡和/或装载板),以帮助将测试仪资源路由到设备,引脚或凹凸。对于晶圆探头服务,探针卡供应商提供探头引脚技术。对于50 GHz高于50 GHz的5G RF载波频率,挑战包括阻抗匹配和引脚,以引脚​​和站点到站点信号隔离。适用于封装部件,装载板,插座和插座销技术供应商提供引脚技术。对于5G RF载波频率,挑战类似于用于探针引脚的挑战。这些频率下的可接受水平的插入损耗(S参数S21)通常不超过-10dB,并且频率范​​围内的返回损耗(S11)通常优于-10dB。典型应用的销钉隔离的可接受水平优于-45 dB,在频率范围内。

供应商保证RF性能和精度规范,以测试头信号传送界面。测试仪供应商开发和提供校准系统(硬件和软件)以在记录的规格中进行校准,验证和诊断性能。RF Instruments的精度规格对温度波动敏感。在大多数情况下,温度±5°C(或更紧密)的温度变化触发了仪器的自校准程序。电源,信号(数字,模拟/ rf)和时钟需要将校准平面从测试头移动到设备引脚。该路径包括探针卡或装载板上的迹线。我们具有采用去嵌入技术和使用环回或定制短路,打开,负载,通过(SOLT)结构的独特优势,以帮助将所需的RF信号精度提供给所测试的设备。在大多数情况下,开发定制标准进行校准需要额外的努力,并且随着内部包装设计,大道确实存在。在大多数情况下,Golden Loopback DUT技术足以实现所需的准确性。

装配测试附件

我们的装配和测试部门密切合作,使5G RF工程开发能够进行生产测试。利益是一个完整的组装和测试交钥匙解决方案提供来自同一工厂的位置。5G包装在包装和天线上提供天线(AIP / AOP.首先是2018年7月在亚马逊制作,并在2019年的公共新闻稿中宣布[3]。

随着装配和包装技术的最新进步,RFIC,如5G收发器和RF前端(RFFE)设备,可以在包装中嵌入天线。类似地,包装(SIP)设备中的系统具有相同的相关组件,如处理器,存储器,RFIC外设,包括功率放大器,低噪声放大器,相位阵列和IC包内的天线结构的离散组件[4]。天线形成前端的关键组件,并且需要调谐特定频带的操作。今日设计的5G NR FR2兼容客户产品在特定的操作频带中进行了性能,如3GPP规范[1]中所定义。数据密集型应用可能需要在包装中打包多个无线电,因此需要每个频带调谐的多个天线。

所有生产测试的RF器件的所有生产测试都是导电的。来自DUT的RF I / O与电缆上的阻抗控制路径电连接,并屏蔽印刷电路板(PCB)微迹线到测试仪的RF仪表。如上所述,所有ATE供应商开发5G RF测试溶液包括导电RF同轴互连。为了使具有嵌入式天线的封装的高批量生产测试,测试方法需要具有最小和受控信号损耗的互连,其可以发送或接收RF能量。天线传输理论[7]需要发射器和接收器之间的最小空间分离。这种分离取决于载波频率。RF I / O通道的数量和多站点测试要求增加了生产测试复杂性。目前正在探索的测试选项包括补丁和喇叭天线,波束成形IC(BFICS),嵌入式定向耦合器和波导。这些解决方案都不是高批量的制造友好,也不是随着天线的数量增加而可扩展的。这主要是由于测试器接口处理程序中的物理空间要求。

IDMS一直在架构设计结构,允许卓越(DFX)模式的Loopback设计,以帮助简化和生产经济的生产测试设备要求。虽然嵌入在包内的天线提供增加的小型化和整体集成,但它确实带走了用于载波频率的新5G NR操作带的应用程序的最终性能调整的灵活性。该公司继续与供应商和客户合作,解决生产测试的超空气(OTA)测试挑战。

增值主张

在高水平,有两个主要生产测试操作模型。第一个有客户完成对测试内容的完全控制,包括托管所选的5G RF测试设备,并使用AMKOR执行生产运行。第二个测试操作模型具有客户要求工程服务,以实现生产测试。在这种情况下,我们的测试开发团队与客户密切合作,并迎合每个客户测试开发工程(TDE)要求的自定义需求。值 - 添加TDE服务的示例包括但不限于:

  • 选择匹配的5G支持测试仪,
  • 选择匹配的探针和/或处理程序,
  • 设计匹配的5G测试工具(探针卡,装载板),以实现适当的测试仪资源分配,尤其是对于多站点生产测试,
  • 根据客户的功能测试规范开发和调试生产测试程序,测试模式和测试波形,
  • 产品资格,
  • 产品特征测试程序,
  • 产量优化,低产失效分析和产品设计反馈。(例如,故障分析可以例如需要X射线或去层压以确定制造和组装包装缺陷的根本原因。),
  • 自定义后端流动,可以高效地处理成品。

RF测试开发工程集团具有显着的经验开发测试解决方案和用于前几代RF技术的测试内容,并继续建立在这种专业知识,以解决此处描述的5G测试挑战。本集团在FR1和FR2 RF光谱中积极参与创建和提出基站和移动5G RF产品的测试解决方案。这些测试解决方案利用上述3GPP标准兼容的ATE硬件和软件测试工具。

多年来内部生产测试过程已经成熟,并允许实施制造(DFM)规则设计为5G RF生产测试。收集,分析和保留5G RF生产试验的制造测试结果对于对测试方法,流动和内容的增量改进至关重要。在特定情况下,测试工程师为IC设计和制造工艺工程提供有价值的反馈。建立了5G RF测试结果的统计箱限制(SBL)在测试设备船队中为多射频测试结果可以帮助识别系统的设备相关的虚假故障,并帮助消除这些因素。这确保了最佳的测试设备利用率并提高了整体生产吞吐量。

客户的一部分优惠都有具有批判时间(TTM)目标的产品,对知识产权(IP)污染和安全敏感。成熟的系统和流程到位,以处理所有这些客户的担忧。

AMKOR生产测试一直在准备测试未来几年预计的大量5G产品。这包括预期用户设备(移动设备)增长的5G基站和基础设施设备。

概括

5G RF生产测试业务的规模很大,迅速增长。我们的生产测试团队一直与装配包装,ATE供应商和客户密切合作,确保全面5G RF生产测试服务可用于满足并超出所有测试能力和容量挑战。

参考

  1. 3GPP.TS 38.101-1 V16.1.0(2019-09)。
  2. 宽带射频架构选项- Peter Delos,Analog Devices。
  3. amkor设备包
  4. 包装/天线上的天线
  5. amkor天线包装 -文章
  6. AMKOR引导5G MMWAVE智能手机,物联网和新兴应用程序,采用天线封装技术 -新闻稿2019年7月22日
  7. 菲涅耳远远地区或者天线理论


发表评论


(注意:此名称将被公开显示)