摘要

無線技術(shù)在過去的20年里快速從3G發(fā)展到4G，現(xiàn)在已到了5G的時代。有一個技術(shù)問題一直貫穿這一發(fā)展的過程，即高頻器件的自動校準測試。

 

RF ATE和現(xiàn)場測試系統(tǒng)面臨的最困難的挑戰(zhàn)是校準、可重復(fù)性和測試結(jié)果的關(guān)聯(lián)度。未來的無線技術(shù)的發(fā)展需要5G NR器件。Teledyne e2v的四通道多輸入端口ADC利用非并行片上高頻交叉點開關(guān)輸入電路技術(shù)，使用戶可在RF ATE和/或現(xiàn)場測試環(huán)境中使用自動校準和測量技術(shù)。

 

Teledyne e2v的EV12AQ605和EV10AQ190（采用交叉點開關(guān)輸入電路技術(shù)的12位和10位四通道ADC）使RF ATE和現(xiàn)場測試設(shè)備的開發(fā)可以集中于單通道和多端口5G NR設(shè)備的自動校準測試和測量。

 

兩代之間的問題

 

5G是通信行業(yè)的第五代蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準，從2019年開始在世界范圍應(yīng)用。5G是現(xiàn)在大多數(shù)手機使用的4G網(wǎng)絡(luò)的繼任者，帶寬更大，下載速度高達10 Gbit/s。 由于帶寬的增加，現(xiàn)在的4G手機將無法使用新的網(wǎng)絡(luò)，這種新的網(wǎng)絡(luò)需要支持5G的無線設(shè)備。另一方面，5G也需要兼容諸如帶寬等所有的4G網(wǎng)絡(luò)需求。因此，為了保證廣泛的服務(wù)，5G網(wǎng)絡(luò)將工作在三種頻段：低頻段、中頻段和高頻段。

 

低頻段5G(也稱作次1 GHz)使用和4G(600-700 MHz)相似的頻率范圍，可支持稍高于4G的下載速度(30-250 Mbit/s)。

 

中頻段5G(也稱作次6 GHz)的頻率范圍是2.5-3.7 GHz(下載速度是100-900 Mbit/s)。這一服務(wù)將在2020年覆蓋大多數(shù)的大城市區(qū)域。

 

高頻段5G(也稱作毫米波)使用26、28或39 GHz的頻率。上述的5G頻段都在2020年經(jīng)過測試，而新的中頻段(次6 GHz)預(yù)計在將來的幾個月或幾年內(nèi)實現(xiàn)（當前有超過50個5G NR中頻段在世界范圍內(nèi)使用）。

 

2018年，一個5G的行業(yè)聯(lián)合標準（第三代合作工程（3GPP))定義了使用5G NR(5G新無線電）軟件的系統(tǒng)。5G最終將支持大約每平方千米1M個設(shè)備，而現(xiàn)在的4G支持大約每平方千米100K個器件。當然，5G無線設(shè)備將兼容4G LTE功能，因為新的5G網(wǎng)絡(luò)將使用現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)初步實現(xiàn)手機的連接。關(guān)鍵是，未來的5G器件不僅需滿足不斷發(fā)展的5G性能需求，還需兼容之前的2G/3G/4G/5G(GSM/EDGE/CDMA/UMTS/WCDMA/LTE/LTEA/TD-SCDMA/TD-LTE等）。

 

因此，未來的5G NR ATE系統(tǒng)需使用一種可靠的、可重復(fù)的方式在較寬的頻率范圍測試器件的性能，這種方式需支持自動校準和測量以確保結(jié)果相互關(guān)聯(lián)并減少測試誤差。

 

誤差帶來的麻煩

 

參數(shù)化RF ATE測量環(huán)境DUT（測試的器件）外部的不確定度/誤差需要采用能準確并可靠測量DUT/產(chǎn)品性能的測量方法以提高測量的精確度。測試并量化測量的不確定度是獲得理想測量結(jié)果的關(guān)鍵。

 

一般來說，測量結(jié)果的準確度通常是值得懷疑的，因為所有的測量都受物理和電氣環(huán)境的影響，并受到使用的源/測試器件/儀器的限制。因而，測量的值永遠不會等于測試的DUT/性能的真實值。測量值和真實性能值之間的差別叫做誤差。依據(jù)誤差的來源（DUT外部），這些誤差可被大致地分為隨機誤差和系統(tǒng)誤差。隨機誤差是隨機的，它們來源于測試設(shè)備和測試環(huán)境的不可預(yù)測的時間或空間變化。通常難以追蹤和量化隨機誤差如何影響DUT的測量結(jié)果。隨機誤差主要由RF ATE環(huán)境的變化引起，如溫度變化、連接變化、儀器噪聲和失真，也包含連接和線纜的誤差。

 

系統(tǒng)誤差是可重復(fù)的誤差，一般可以被修正，但無法全部消除。系統(tǒng)誤差僅可被減小到某個程度。校準的概念通常指估算RF ATE測試環(huán)境中的系統(tǒng)誤差并修正。為了成功修正系統(tǒng)誤差，通常需要校準的標準或參考的器件。這個標準或參考器件應(yīng)該能以較高的精確度代表或復(fù)現(xiàn)某個測量流程。校準流程一般是用測量系統(tǒng)測量/測試這個標準/參考器件，并將測量結(jié)果存儲為原始數(shù)據(jù)。通過比較這個標準/參考器件的原始測量數(shù)據(jù)和已知的數(shù)值，可計算出系統(tǒng)誤差。這個誤差的值隨后被用于修正測量結(jié)果。不幸的是，對于5G NR ATE測試設(shè)備，包括DIB(設(shè)備接口板）、探針卡、線纜和連接等，標準/參考器件有各種各樣的高頻率和測試條件，這使得問題變得非常復(fù)雜。另一種校準的方法是定義一個參考平面。這個參考平面是通過估算并修正測試系統(tǒng)環(huán)境的系統(tǒng)誤差得出。不幸的是，隨機誤差無法通過參考平面環(huán)境修正。當前RF/5G NR ATE和現(xiàn)場測試系統(tǒng)環(huán)境迫切需要一種使用自動/校準和測量技術(shù)為每個DUT創(chuàng)建一個參考平面的解決方案。

 

獨立器件的自動校準和測試測量

 

為RFATE環(huán)境中的每個DIB(設(shè)備接口板)/DUT創(chuàng)建一個參考平面需要定義一個校準流程（圖1a和1b)。 校準通常使用一套標準。理想狀態(tài)下，這個標準采用一個“金參考器件”DIB/DUT，與通常的DIB/DUT測量(步驟2)相比，其累計誤差只有不到一半或四分之一（步驟1）。如果可得出這一誤差（ 步驟1），則可認為標準的累計測量方法足以滿足實際的DIB/DUT測試（步驟2）。一直維持RF ATE環(huán)境中不同的頻率、噪聲和電壓條件下最小的“金標準/參考器件”測量誤差是一件非常困難、耗時和昂貴的工作。