基于V93K系統(tǒng)的射頻測(cè)試技術(shù)

戴強(qiáng)

【摘 要】本文首先闡述了V93K射頻測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，接著詳細(xì)介紹了V93K進(jìn)行射頻測(cè)試的原理，相對(duì)于其他獨(dú)立設(shè)備來說，測(cè)試儀具有集成度高、應(yīng)用靈活和效率高的測(cè)試優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】V93K測(cè)試；射頻測(cè)試

中圖分類號(hào)： TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）11-0056-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.022

【Abstract】The thesis illustrates the structure of the V93K Radio Frequency testing system and then elaborates the principle of V93 RF test. Compared to other independent facilities， the tester has the advantage of high integration level， flexible applicability and high efficiency.

【Key words】V93K Test； Radio frequency test

0 引言

射頻以其優(yōu)異的性能和傳輸效率，近年來，在通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于無線通信的快速發(fā)展，濾波器、振蕩器和混頻器電路已被集成于單片上，因此射頻集成電路的測(cè)試已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。常用的射頻電路測(cè)試方法是將信號(hào)源、網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器和頻譜儀這些獨(dú)立的測(cè)試設(shè)備連接在一起使用，存在著很多人為的不定因素的影響，無法實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的一致性，而V93K自動(dòng)化測(cè)試儀的射頻測(cè)試系統(tǒng)則是將信號(hào)源、網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器和頻譜儀集成在一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)上的高性能測(cè)試設(shè)備，已經(jīng)成為目前射頻集成電路測(cè)試的趨勢(shì)[1]。

1 V93K測(cè)試儀的射頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)芯片信號(hào)種類測(cè)試可分為：數(shù)字電路測(cè)試、模擬混合電路測(cè)試和射頻電路測(cè)試，其中射頻電路測(cè)試難度較大。目前行業(yè)內(nèi)芯片量產(chǎn)測(cè)試主要是由ATE（automatic test equipment）測(cè)試系統(tǒng)完成，射頻電路主要有“射頻到比特流”（RF-to-Bits）或“射頻到模擬基帶（RF-to-ABB）”兩種類型構(gòu)架。由于射頻電路的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得芯片測(cè)試工程師不僅僅要有深刻的射頻測(cè)試?yán)碚撝R(shí)，同時(shí)還要不斷的更新了解ATE射頻測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試原理和軟硬件架構(gòu)。

V93K自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要有四個(gè)測(cè)試模塊，分別是電源模塊、數(shù)字模塊、模擬模塊和射頻模塊。

電源模塊最多可提供256路電源通道；Smart Scale 數(shù)字模塊可以提供4096個(gè)數(shù)字通道，其中的Pin Scale SL數(shù)字板卡可以達(dá)到16Gbit/s的數(shù)據(jù)速率；Wave Scale MX模擬板卡提供32個(gè)并行的audio/video測(cè)試單元；Wave Scale RF 測(cè)試子系統(tǒng)最多可配置192個(gè)射頻測(cè)試端口，提供6GHz射頻信號(hào)源和射頻接收單元，實(shí)現(xiàn)真正意義上的20個(gè)電路并行測(cè)試的能力。

而V93K射頻系統(tǒng)的組成由射頻源板卡（RF Source Card）、射頻前端板卡（RF Front End Card）、模擬板卡（MBAV8）和數(shù)字板卡（Digital Card）組成。射頻源板卡產(chǎn)生頻率在6GHz內(nèi)的射頻信號(hào)，作為信號(hào)源或者作為射頻本振使用。

測(cè)試中要根據(jù)芯片的需求，選擇IO端口的最優(yōu)測(cè)試通路，可未待測(cè)芯片提供6GHz以內(nèi)的射頻信號(hào)或本振信號(hào)。

模擬板卡包括數(shù)字轉(zhuǎn)換器（DGT）模塊和任意信號(hào)發(fā)生器（AWG）模塊，數(shù)字轉(zhuǎn)換器（DGT）模塊是對(duì)混頻后的中頻信號(hào)進(jìn)行處理，輸出波形或數(shù)據(jù)；任意信號(hào)發(fā)生器（AWG）在射頻測(cè)試中提供所需的調(diào)制信號(hào)，最高可生成200MHz模擬信號(hào)。

數(shù)字板卡（Digital Card）在測(cè)試中為芯片提供芯片的配置信息或者觸發(fā)（Trigger）信號(hào)。

2 V93K射頻測(cè)試原理

圖1顯示的是V93K測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試測(cè)試芯片TX特性時(shí)的原理圖。根據(jù)信號(hào)的傳輸方向，可以把整個(gè)測(cè)試流程劃分為三個(gè)域：射頻域、中頻域和數(shù)字域。當(dāng)測(cè)試芯片的RF TX特性時(shí)，ATE被當(dāng)作是RF Receiver，首先設(shè)置被測(cè)芯片處于RF發(fā)射模式，使芯片產(chǎn)生RF輸出信號(hào)，然后測(cè)試機(jī)對(duì)RF輸出信號(hào)進(jìn)行下變頻，產(chǎn)生中頻信號(hào)，并經(jīng)過低通濾波、A/D變換等過程轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理[2]。

中頻信號(hào)的數(shù)字正交采樣的原理圖如圖2所示。模擬中頻信號(hào)經(jīng)過低噪聲濾波器后，再由ADC進(jìn)行了模數(shù)轉(zhuǎn)化將模擬信號(hào)數(shù)字化。在這個(gè)過程中，中頻信號(hào)頻率、低噪聲濾波器帶寬和ADC的采樣速率，如果未能滿足相應(yīng)的采樣定理，很容易就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)頻率混疊。

為了防止信號(hào)頻率混疊，在數(shù)字域中采用軟件算法的方式解決這個(gè)問題，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，NCO（number controlled oscillator）和低通數(shù)字濾波器以及抽取濾波器三者相結(jié)合使用，可以快速高效的解決如頻率混疊等問題，也避免了增加測(cè)試時(shí)間[3]。

3 V93K測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

3.1 影響射頻信號(hào)質(zhì)量的因素

根據(jù)射頻電路的特性和對(duì)其產(chǎn)生影響的參數(shù)，可以知道測(cè)試射頻電路的關(guān)鍵是解決產(chǎn)生射頻信號(hào)的質(zhì)量和減少射頻傳輸過程中的損耗。

當(dāng)待測(cè)芯片具有射頻測(cè)試需求時(shí)，ATE測(cè)試板需要滿足射頻信號(hào)傳輸需求，包括阻抗特性、信號(hào)完整性和電源完整性的要求等，保證各類信號(hào)的傳輸質(zhì)量。由于ATE測(cè)試板通常布有各類信號(hào)，在射頻信號(hào)傳輸過程中，更容易受到外部環(huán)境的干擾，PCB板設(shè)計(jì)難度較大。在射頻測(cè)試板的設(shè)計(jì)時(shí)，我們首先要充分考慮待測(cè)芯片的各類信號(hào)傳輸要求，避免各類信號(hào)在板級(jí)上互相串?dāng)_，還要防止外部電磁信號(hào)的輻射，導(dǎo)致信號(hào)傳輸質(zhì)量變差，影響測(cè)試的可靠性。綜合考慮射頻信號(hào)、電源地、時(shí)鐘信號(hào)、測(cè)試板板材、板層設(shè)計(jì)和阻抗匹配等因素，射頻測(cè)試板各類信號(hào)設(shè)計(jì)的基本順序：射頻IQ差分信號(hào)→模擬中頻信號(hào)→時(shí)鐘信號(hào)→電源→數(shù)字基帶信號(hào)→地。

3.2 V93K測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

射頻芯片作為一個(gè)獨(dú)立的單元，包括了射頻單元和控制單元，通常測(cè)試需要由獨(dú)立的設(shè)備提供射頻信號(hào)，控制單元可以由其他設(shè)備產(chǎn)生，分立設(shè)備很難解決同步問題，V93K是一個(gè)集成的測(cè)試系統(tǒng)，其中包括了數(shù)字模擬和射頻的測(cè)試模塊，可以做到很輕易的同步所有的測(cè)試信號(hào)。

V93K優(yōu)異的軟件系統(tǒng)，射頻子系統(tǒng)軟件包括射頻通路的定義、信號(hào)源板卡的選擇和觀測(cè)工具。

V93K測(cè)試儀射頻模塊通路選擇，可在測(cè)試時(shí)根據(jù)芯片的需求，靈活的選擇芯片的通路。

圖3是V93K集成的頻譜分析儀界面圖，對(duì)ADC串行輸出數(shù)據(jù)采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換所得的頻域信息，顯示結(jié)果與測(cè)試程序計(jì)算吻合，可驗(yàn)證整個(gè)測(cè)試過程中對(duì)待測(cè)芯片的設(shè)置測(cè)試正常。在測(cè)試過程中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)芯片輸入的射頻信號(hào)，靈活的選擇待測(cè)信號(hào)的帶寬、待測(cè)信號(hào)的路徑，即使同時(shí)有多個(gè)芯片在測(cè)也可以通過選擇待測(cè)信號(hào)的路徑來觀測(cè)不同芯片的信號(hào)。

V93K另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是有大量靈活的測(cè)試語(yǔ)句，根據(jù)自己的需求靈活運(yùn)用，比如對(duì)于得到的信號(hào)進(jìn)行分析頻譜，計(jì)算信噪比（SNR），得到自己所需的數(shù)據(jù)，因此測(cè)試儀可以理解為將頻譜分析儀，示波器，信號(hào)源和網(wǎng)絡(luò)分析儀綜合在一起的測(cè)試設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合V93K測(cè)試機(jī)臺(tái)的特點(diǎn)，討論了射頻測(cè)試的原理和測(cè)試機(jī)臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明V93K在測(cè)試過程中具有優(yōu)秀的性能，測(cè)試方法靈活多用，觀測(cè)工具多樣，容易得出結(jié)果，在射頻測(cè)試中有一定的優(yōu)勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉紅梅，陳文苑.中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展之路探析[J].當(dāng)代經(jīng)濟(jì)，2017，（4）：69-71.

[2]牛林業(yè)，肖鵬程，黃俊.基于ATE的SoC射頻測(cè)試技術(shù)的研究與應(yīng)用[A].電子測(cè)量技術(shù)，2010.

[3]徐光，吳振海，陳金遠(yuǎn)等.集成電路芯片的射頻測(cè)試技術(shù)[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2010，35：191-193.