基于ATE的芯片射頻性能測試研究

劉湘君

（珠海城市職業(yè)技術學院 廣東省珠海市 519090）

本文此次研究的射頻芯片，屬于我國無線通信領域與相關技術單位的研究重點，也是新時期社會背景下的高新產品之一，在產業(yè)需求的帶動與推進下，與之相關的研究成果在市場內已基本實現了廣泛應用與高速發(fā)展。無論是大規(guī)模芯片廠，還是中小型芯片廠都在針對提升射頻芯片的性能和降低其運行功耗做著努力[1]。當前，隨著射頻芯片生產技術的不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，射頻芯片產品初步實現了對數字、射頻和模擬的集成，并已經具備較為直接的集成效果，不僅可以滿足社會群體對于此方面的技術需求，同時也為國家科學生產與技術調研提供了指示方向。但在技術持續(xù)投入市場使用的過程中發(fā)現，越來越多的技術研究人員，對此項技術的穩(wěn)定性與精度提出了更高的要求[2]。在掌握社會發(fā)展的泛在需求后，生產單位加大了對芯片生產的技術投入，也因此，芯片的射頻性能測試成本成倍增加，并且測試的難度也逐漸提高。其主要原因在于，一方面由于電子設計自動化技術的快速發(fā)展，造成測試成本所占比重不斷提高的問題產生；另一方面，由于當前人們對于射頻性芯片的需求呈現一種提升趨勢，迫使生產單位在進行芯片生產過程中，提高了其內部結構的復雜度，以此種方式提升芯片在使用中的綜合性能，但此種生產方式，也在很大程度上增加了后期對芯片測試與檢驗的成本[3]。因此，基于當前芯片射頻性能測試需要，本文結合ATE 提出一種成本相對更低的測試方法，并開展相關研究。

1 ATE測試設備簡介

ATE 測試設備的主要功能是實現對芯片的量產測試，該設備的系統(tǒng)框架結構如圖1所示。

從圖1 可以看出，ATE 測試設備主要分為四個模塊，分別為時鐘模塊、數字模塊、模擬模塊以及射頻模塊。每個模塊都能夠對應測試板的各個功能，為其提供更多的硬件資源。在ATE 測試設備系統(tǒng)當中，包含數字板卡，可為系統(tǒng)提供高達36000Mb/s 的數字信號測試能力。數字板卡為ATE 測試設備提供了一個字節(jié)數為120.0位的數據信號轉換通道，在轉換數據信號時，每一個轉換的通道均呈現一種獨立運行狀態(tài)，從而為測試提供各類服務[4]。

圖1：ATE 測試設備系統(tǒng)框架結構

在ATE 測試設備的測試程序當中包含了測試管腳、測試電平參數、模擬設置等多個功能模塊。通過上述幾個模塊可以在測試的過程中，更加充分地了解被測試芯片的性能，并且工程師在測試過程中無法對測試參數進行隨意的更改。

2 被測芯片簡介

本文選擇LTE 芯片作為本文射頻性能測試研究的被測芯片，該芯片在運行過程中包含兩種工作模式，分別為時分雙工和頻分雙工，前者時間上是存在連續(xù)性的，上行數據的傳輸和下行數據的傳輸無法在同一時間進行，而后者能夠實現對數據的同步傳輸，具有一定的連續(xù)性。其中，待檢測結構中主要由基帶、中央處理器、信息存儲硬盤等構件組成，為了確保頻射信號傳輸的穩(wěn)定性，需要調節(jié)信號在頻射范圍在700.0MHz～750.0MHz 范圍內，在此基礎上，調整信號調制設備，調用終端的QAM 指令，對信號的傳輸進行調試[5]。在使用待測芯片時，可使SC 傳輸方式，進行上行鏈路信號的傳遞，采用CPU 進行下行鏈路信號的傳輸。針對LTE 芯片而言，由于其各個頻段上的測試方法均相同，因此在對其進行射頻性能測試時，只需要選擇其中一個頻段即可，將發(fā)射性能測試頻點設置為2.42GHz，將接收性能測試頻點同樣設置為2.42GHz。

3 基于ATE的芯片射頻性能測試方法設計

3.1 測試電路板

為實現對上述LTE 芯片的射頻性能測試，在測試過程中，向ATE 測試設備中引入測試板。在測試過程中，在芯片中，搭建一個測試結構與芯片信號傳輸的直接渠道。為了確保測試結果的泛在性，在實際進行測試工作時，應當通過被測試芯片的封裝情況進行電路板的選擇?；贚TE 芯片的封裝情況，本文測試板采用子母板結構，母板用于將ATE 測試設備中的資源引入到測試板當中，再輔助測試信號從子板傳遞到芯片上。對于ATE 測試設備電源測試版選用DPS64 型號，設置其運行模式為DPS23-HC，電源通道設置為64 個，電壓輸出范圍為-2.0V～6.5V。在測試過程中，利用測試板為芯片提供電源，各個電源域的負載電流最大可達到550mA。

3.2 芯片發(fā)射性能測試

綜合上述測試條件，在對被測芯片的發(fā)射性能進行測試時，首先由ATE 測試設備將基帶信號進行終端傳輸，在此基礎上，使用前端顯示板與顯卡，接收信號，最后，按照標準的信號調試流程，將下頻信號內的中頻信號轉變?yōu)榛鶐盘枴?/p>

在對被測芯片進行發(fā)射性能測試時，主要記錄參數包括芯片的功率、誤差矢量幅度以及鄰道功率比。在測試過程中，測試板卡輸出的信號為中頻模擬信號，而采集設備只能夠針對模擬信號進行采集，因此針對這一問題，需要對中頻數字信號進行預處理，才能夠實現中頻信號向基帶信號的轉換。同時，為了能夠對基帶信號進行解耦處理，結合LTE 技術，對中頻信號進行采樣，設置采樣的速率為62.321Msps。在發(fā)射機發(fā)射信號的過程中，除了會將信號發(fā)送到所有分配的信道當中，還會出現部分能量泄露的問題，影響到芯片的發(fā)送性能，因此通過對被測芯片的鄰道功率比進行測量和計算，可以實現對芯片發(fā)送性能量化評價。鄰道功率比的計算公式為：

公式（1）中，A 表示為鄰道功率比；Pc表示為被測芯片發(fā)送信號信道當中所有信號產生的能量大小；Pa表示為被測芯片鄰近信道當中信號的能量大小。根據上述公式對被測芯片的鄰道功率比進行計算。假設被測芯片的鄰道功率比標準數值為T，將其合理幅度范圍設置為標準閾值，對芯片的發(fā)送性能進行判斷，若通過上述計算得出的A 不在閾值范圍內，則說明芯片的發(fā)射性能較差，若A在閾值范圍內，則說明芯片的發(fā)射性能良好，符合生產標準。

3.3 芯片接收性能測試

完成對被測芯片的發(fā)送性能測試后，還需要對其接收性能進行測試。在測試過程中，首先利用模擬板卡當中的AWG 對基帶信號進行生成，并利用RF 將其轉換為射頻信號。通過前端板卡路徑的傳輸，將射頻信號輸入到被測芯片的接收端口，再通過被測芯片對射頻信號進行正交解調，并生成I/Q兩路的基帶信號。按照上述操作，完成對基帶信號的生成后，最后利用采樣設備對I 路信號和O 路信號進行采樣。

芯片接收性能測試主要是針對被測芯片的增益情況進行測試，通過測試增益值的大小，確定被測芯片中放大器結構、接收器結構等是否出現故障問題，其計算公式為：

公式（2）中，G 表示為被測芯片的增益值；Po表示為被測芯片接收信號的輸入功率；Pi表示為被測芯片接收信號的輸出功率。以此，通過計算被測芯片增益值的方式，實現對芯片接收性能的測試。

4 實驗論證分析

為進一步驗證本文上述提出的基于ATE的芯片射頻性能測試方法在實際應用中的效果，將該方法與傳統(tǒng)基于MBAV8+的測試方法應用到相同實驗環(huán)境當中。選擇以某芯片生產廠常見型號芯片作為被測芯片，分別利用兩種測試方法對芯片的射頻性能進行測試。為了方便比較，本文選擇將兩種測試方法測試結果中的增益值作為對比數據，驗證兩種測試方法的性能。測試過程中，確保信號頻率、種類、功率等均一致的前提條件下，排除干擾因素，得到如下實驗結果：

將射頻信號設置為正弦射頻信號，將頻點設置為2.452GHz，將采樣頻率設置為100MHz，點數為100，得到如圖2所示實驗結果。

圖2：兩種測試方法實驗結果對比圖

從圖2 得出的實驗結果可以看出，在測試過程中，傳統(tǒng)方法出現了三處增益值測試異?，F象，而本文方法能夠始終保持對芯片增益值的穩(wěn)定測試。因此，通過對比實驗證明，本文提出的基于ATE的芯片射頻性能測試方法在實際應用中具有更高的可行性。

5 結束語

本文針對當前芯片測試要求不斷提高，測試成本成倍增加的問題，結合ATE 測試設備，提出了一種針對芯片的射頻性能測試方法，在完成設計后，采用設置實驗組與對照組的方式，對方法的可行性進行了驗證。在今后的研究中，本文還將通過引入更多優(yōu)質的測試技術，實現對測試方法的不斷優(yōu)化和創(chuàng)新。