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(shè)備制造商提出了更復(fù)雜的測試難題,從頻段的角度看,Sub-6G頻段經(jīng)過多年的驗(yàn)證、測試方案相對成熟,更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)則是測試在毫米波頻段上運(yùn)行的5G組件和設(shè)備。

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

當(dāng)然,OTA測試并非新興事物,在其他領(lǐng)域已應(yīng)用多年。那么OTA測試如何與5G結(jié)合?5G強(qiáng)大的“帶貨”能力(數(shù)以億計(jì)的終端設(shè)備出貨量)要求設(shè)備級測試時每DUT的OTA測試時間以分鐘為計(jì)算單位,半導(dǎo)體組件的測試時間則以秒計(jì),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(shè)備等不同層級的測試要求與解決方案。首先,晶圓層級的OTA探針方案已經(jīng)能夠滿足毫米波射頻信號的需求。而在AiP IC層級,只有通過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測試天線元件;但是,若廠商采用經(jīng)過適當(dāng)晶圓級測試的優(yōu)質(zhì)晶片,且封裝過程經(jīng)過優(yōu)化,那么在AiP封裝級別進(jìn)行另一次全面的OTA測試則可能造成浪費(fèi)。

為了最大限度地優(yōu)化成本與縮短產(chǎn)品上市時間,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天線陣列、而非單個天線元件,以此獲知總的射頻性能。這種測試方法的挑戰(zhàn)在于發(fā)現(xiàn)晶粒與襯底之間的參數(shù)上的缺失(defect),以及判斷封裝內(nèi)的天線質(zhì)量。在初始生產(chǎn)階段,廠商可以選擇執(zhí)行完整的參數(shù)化OTA測試,然后切換到測試子集以實(shí)現(xiàn)全量產(chǎn)。

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

盡管OTA測試帶來了很大的優(yōu)勢,但NI強(qiáng)調(diào)的是在提供測試方案給客戶的時候,怎么樣在同樣的測試設(shè)備中提供OTA測試的能力,而不是為了OTA測試,推薦給客戶不同的系統(tǒng)。

NI的解決方案是軟硬件并行的策略,例如針對5G測試,NI專門推出了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(dāng)于將原本的臺式儀表擴(kuò)展出來,但功率不會有任何損耗、甚至能夠提供更大的測試功率,使用者無需外掛切換器或校準(zhǔn)等操作,即可實(shí)現(xiàn)multi-port的測試能力。同時,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帶寬等測試技術(shù)。NI的高帶寬儀器還允許通過數(shù)字預(yù)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(tǒng)提供相位相干和時間對齊擴(kuò)展,達(dá)成相位的高精準(zhǔn)測量。