射频芯片和WLAN器件测试面临的挑战

编者按:中国蓬勃发展的蜂窝通信市场和新兴的WLAN市场正使中国变成全球最大的RF IC设计、生产和测试市场,由于测试成本在RF IC开发成本中占的比重越来越大,因此有必要帮助中国工程师更好地了解RFIC测试面临的挑战和解决方法,以帮助他们更好地设计和使用RF IC。

如同消费市场上任何竞争激烈的产品一样,蜂窝电话和WLAN设备等无线设备的价格正不断受到挤压。这意味着射频(RF)芯片也要承受无情的降价压力。使RFIC成本降低的最重要途径之一就是实现尽可能低的测试成本。

测试WLAN器件要面对的一大挑战就是每个信道的宽频谱。在802.11a和802.11b类型的WLAN器件中,每个信道的带宽可能高达22MHz,这包括发射谱屏蔽用的dBr,dBr代表dB相对于sin(x)/x的峰值。对于802.11a谱,所占据的带宽为20MHz,而发射屏蔽要延伸到30MHz。为实现成本有效,最好是把测试时间缩短,也就是说,用一次数据采集完成测量任务。

另一个测试挑战就是测量误差向量强度(EVM),这是对发射器调制精度的一种测量,它代表着与理想位位置的偏离程度。在实际的RF器件测试中,所测到的EVM是实际器件性能、用来进行测量的设备性能以及这两者之间全部互连性能的一个混合测量结果。

测试一个WLAN接收器有两种主要方式:测试接收器链中的各个部件,或者进行一项位误差率(BER)测试,即在一次测量中覆盖接收器链中的所有部件。VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图:针对(a) 802.11b和(b) 802.11a的发射屏蔽。WLAN测试仪必须具备高速和大动态范围的性能。">

为了测试各个部件,必须开发一套测试工具以覆盖该接收器链中的所有主要模块:低噪音放大器(LNA)、混合器、合成器和解调器。某些测试包括噪音数值、相位噪音和脉动、幅度脉动和正交相位误差。

BER测试是第二选择采用以上两种方式的任一种,我们都一定能够定量测出接收器的性能。对于最低数据率(6Mb/s),相应通道特定的最低灵敏度是-82dBm,邻近通道抑制比是16dB,而间隔通道的抑制比是32dB,这需要动态范围大于80dB并可高达114dB。

如同EVM测量一样,最根本的是要控制接触器以及用于BER测量的负载板卡设计的电气特性。例如,太大的引线电感有可能影响接收器的噪音数值,进而产生一个失真的测试结果。

测试解决方案

不幸的是,可经济地测量目前无线应用中所涉及的全部RF器件的单一测试系统是不存在的。为了测试低复杂度器件,比如功率放大器或低噪音放大器,现有的自动测试设备(ATE)通常是大材小用。因此,最低成本的测试方法就是使用一种专用仪器。值得一提的是,测试简单的RF器件很少需要或者完全不需要数字测试功能,所以低成本RF测试系统不需要一个专用的数字测试子系统或一个传统的测试头。

这类仪器很容易从Agilent、Anritsu、Keithley和Rhode & Schwarz公司买到。然而,为实现较少的测试时间就必须将它们整合起来,而这需要专门设计和优化的软件,以便充分利用这些仪器的功能。Amkor Technology等公司的测试整合器开发了测试系统和针对用户的优化软件,从而可以有效地把多种仪器整合进一个RF器件测试平台。

起初的中成本测试仪器需要测量一个单音频激励以及接收器的失真,所以其数字探针的速度不需要超过10MHz。然而,WLAN采用的数字调制系统已经提出了新的测试要求。ATE现在必须能测量EVM和BER等参数。

考虑到信号带宽约为20MHz、标称和动态范围需求超过80dB,3G无线设备的测试需要一种高采样速率、高分辨率和高动态范围的困难组合。

相应的测试设备必须能以至少14位的分辨率实现数据的数字化,而且采样速率要大于每秒65 M个样本。为了增加动态范围,该测试设备一般设计成二级下转换结构。对于GSM和W-CDMA,RF测试仪必须超过6 GHz,且基带和数字功能可达50MHz。

设计考虑

负载板卡、接触器和软件的正确设计是成功实现最低测试成本的关键因素。接触器应该能测试细达0.45毫米间距的RF器件封装,而且器件封装破碎引起的停工时间应该最少。理想情况下,最好采用弹簧型接触器以便实现现场维修。

业已发现弹簧型接触器的工作频率可达2GHz；在此频率之上,我们已经试验了具有卓越电气和机械完备性的导电橡胶。

作者:Raimondo P. Sessego

射频测试产品部总监

Amkor Technology公司