NI软硬件并行策略加速5G商用进程

整体而言,5G的发展对设备制造商提出了更复杂的测试难题,从频段的角度看,Sub-6G频段经过多年的验证、测试方案相对成熟,更严峻的挑战则是测试在毫米波频段上运行的5G组件和设备。

相较Sub-6G,毫米波的波长更短、衰减更大,为了维持同样的信号覆盖能力,毫米波设备需要采用阵列天线、如4x4或更多数量。毫米波天线尺寸变得更小,进一步推动了厂商将天线与射频前端封装在一起,并同步进行测试。NI观察到,几乎所有的射频前端、天线厂商都在开发封装天线(AiP,Antenna inPackage)产品,而AiP仅能通过OTA(Over the Air)测试,这是新的市场需求、极大地推动了业界重新思考和更换现有的测试技术,并对之优化以实现更快的信号处理、多频段的运行、更高的通道数、OTA测量的可靠性和快速的执行等等。

当然,OTA测试并非新兴事物,在其他领域已应用多年。那么OTA测试如何与5G结合?5G强大的“带货”能力(数以亿计的终端设备出货量)要求设备级测试时每DUT的OTA测试时间以分钟为计算单位,半导体组件的测试时间则以秒计,因此必须为多站点并行生产测试找到一种新的可行性解决方案。

OTA测试不是孤立的测试步骤,涉及到晶圆、封装IC和设备等不同层级的测试要求与解决方案。首先,晶圆层级的OTA探针方案已经能够满足毫米波射频信号的需求。而在AiP IC层级,只有通过OTA测试才能确定其功能与性能。保守的测试方式一般是按顺序逐个测试天线元件;但是,若厂商采用经过适当晶圆级测试的优质晶片,且封装过程经过优化,那么在AiP封装级别进行另一次全面的OTA测试则可能造成浪费。

为了最大限度地优化成本与缩短产品上市时间,另一种OTA测试方法则聚焦在测试具有波束成形功能的整个天线阵列、而非单个天线元件,以此获知总的射频性能。这种测试方法的挑战在于发现晶粒与衬底之间的参数上的缺失(defect),以及判断封装内的天线质量。在初始生产阶段,厂商可以选择执行完整的参数化OTA测试,然后切换到测试子集以实现全量产。

最后,在围绕AiP IC集成的更多组件、PCB和外壳的设备层级,也是难以逐个测试天线组件。因此,NI建议改变现有的设备测试顺序,以纳入OTA测量项目,进而完善整个流程的测试方案。

尽管OTA测试带来了很大的优势,但NI强调的是在提供测试方案给客户的时候,怎么样在同样的测试设备中提供OTA测试的能力,而不是为了OTA测试,推荐给客户不同的系统。

NI的解决方案是软硬件并行的策略,例如针对5G测试,NI专门推出了Radio Head测试探头,包括了放大、上下变频、多埠切换等一系列功能,相当于将原本的台式仪表扩展出来,但功率不会有任何损耗、甚至能够提供更大的测试功率,使用者无需外挂切换器或校准等操作,即可实现multi-port的测试能力。同时,NI软件定制测试平台支持最新的5G NR物理层协定,其中包含测试宽NR分量载波或载波聚合信号所需的瞬时带宽等测试技术。NI的高带宽仪器还允许通过数字预失真技术对DUT进行相关的测试。此外,NI平台还为多通道测量系统提供相位相干和时间对齐扩展,达成相位的高精准测量。