基于V93K系統(tǒng)的射頻測試技術(shù)

戴強(qiáng)

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

【關(guān)鍵詞】V93K測試；射頻測試

中圖分類號： TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 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試已經(jīng)成為一個非常重要的環(huán)節(jié)。常用的射頻電路測試方法是將信號源、網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器和頻譜儀這些獨(dú)立的測試設(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)測試結(jié)果的一致性，而V93K自動化測試儀的射頻測試系統(tǒng)則是將信號源、網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器和頻譜儀集成在一個測試系統(tǒng)上的高性能測試設(shè)備，已經(jīng)成為目前射頻集成電路測試的趨勢[1]。

1 V93K測試儀的射頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)芯片信號種類測試可分為：數(shù)字電路測試、模擬混合電路測試和射頻電路測試，其中射頻電路測試難度較大。目前行業(yè)內(nèi)芯片量產(chǎn)測試主要是由ATE（automatic test equipment）測試系統(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)，使得芯片測試工程師不僅僅要有深刻的射頻測試?yán)碚撝R，同時還要不斷的更新了解ATE射頻測試系統(tǒng)的測試原理和軟硬件架構(gòu)。

V93K自動測試系統(tǒng)主要有四個測試模塊，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個并行的audio/video測試單元；Wave Scale RF 測試子系統(tǒng)最多可配置192個射頻測試端口，提供6GHz射頻信號源和射頻接收單元，實(shí)現(xiàn)真正意義上的20個電路并行測試的能力。

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，作為信號源或者作為射頻本振使用。

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

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

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

2 V93K射頻測試原理

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

中頻信號的數(shù)字正交采樣的原理圖如圖2所示。模擬中頻信號經(jīng)過低噪聲濾波器后，再由ADC進(jìn)行了模數(shù)轉(zhuǎn)化將模擬信號數(shù)字化。在這個過程中，中頻信號頻率、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，很容易就會出現(xiàn)信號頻率混疊。

為了防止信號頻率混疊，在數(shù)字域中采用軟件算法的方式解決這個問題，運(yùn)用數(shù)字信號處理技術(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，也避免了增加測試時間[3]。

3 V93K測試系統(tǒng)的優(yōu)勢

3.1 影響射頻信號質(zhì)量的因素

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

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

3.2 V93K測試系統(tǒng)的優(yōu)勢

射頻芯片作為一個獨(dú)立的單元，包括了射頻單元和控制單元，通常測試需要由獨(dú)立的設(shè)備提供射頻信號，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是一個集成的測試系統(tǒng)，其中包括了數(shù)字模擬和射頻的測試模塊，可以做到很輕易的同步所有的測試信號。

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、信號源板卡的選擇和觀測工具。

V93K測試儀射頻模塊通路選擇，可在測試時根據(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)果與測試程序計(jì)算吻合，可驗(yàn)證整個測試過程中對待測芯片的設(shè)置測試正常。在測試過程中可以實(shí)時監(jiān)測待測芯片輸入的射頻信號，靈活的選擇待測信號的帶寬、待測信號的路徑，即使同時有多個芯片在測也可以通過選擇待測信號的路徑來觀測不同芯片的信號。

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

4 結(jié)束語

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

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉紅梅，陳文苑.中國集成電路產(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射頻測試技術(shù)的研究與應(yīng)用[A].電子測量技術(shù)，2010.

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