摘要

無線技術(shù)在過去的20年里快速?gòu)?G發(fā)展到4G，現(xiàn)在已到了5G的時(shí)代。有一個(gè)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(dòng)校準(zhǔn)測(cè)試。

 

RF ATE和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)面臨的最困難的挑戰(zhàn)是校準(zhǔn)、可重復(fù)性和測(cè)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(diǎn)開關(guān)輸入電路技術(shù)，使用戶可在RF ATE和/或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境中使用自動(dòng)校準(zhǔn)和測(cè)量技術(shù)。

 

Teledyne e2v的EV12AQ605和EV10AQ190（采用交叉點(diǎn)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(chǎng)測(cè)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(dòng)校準(zhǔn)測(cè)試和測(cè)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(biāo)準(zhǔn)，從2019年開始在世界范圍應(yīng)用。5G是現(xiàn)在大多數(shù)手機(jī)使用的4G網(wǎng)絡(luò)的繼任者，帶寬更大，下載速度高達(dá)10 Gbit/s。 由于帶寬的增加，現(xiàn)在的4G手機(jī)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(cè)試，而新的中頻段(次6 GHz)預(yù)計(jì)在將來的幾個(gè)月或幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)（當(dāng)前有超過50個(gè)5G NR中頻段在世界范圍內(nèi)使用）。

 

2018年，一個(gè)5G的行業(yè)聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)（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(gè)設(shè)備，而現(xiàn)在的4G支持大約每平方千米100K個(gè)器件。當(dāng)然，5G無線設(shè)備將兼容4G LTE功能，因?yàn)樾碌?G網(wǎng)絡(luò)將使用現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)初步實(shí)現(xiàn)手機(jī)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(cè)試器件的性能，這種方式需支持自動(dòng)校準(zhǔn)和測(cè)量以確保結(jié)果相互關(guān)聯(lián)并減少測(cè)試誤差。

 

誤差帶來的麻煩

 

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

 

一般來說，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度通常是值得懷疑的，因?yàn)樗械臏y(cè)量都受物理和電氣環(huán)境的影響，并受到使用的源/測(cè)試器件/儀器的限制。因而，測(cè)量的值永遠(yuǎn)不會(huì)等于測(cè)試的DUT/性能的真實(shí)值。測(cè)量值和真實(shí)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(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。隨機(jī)誤差是隨機(jī)的，它們來源于測(cè)試設(shè)備和測(cè)試環(huán)境的不可預(yù)測(cè)的時(shí)間或空間變化。通常難以追蹤和量化隨機(jī)誤差如何影響DUT的測(cè)量結(jié)果。隨機(jī)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(gè)程度。校準(zhǔn)的概念通常指估算RF ATE測(cè)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(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)或參考的器件。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)測(cè)量流程。校準(zhǔn)流程一般是用測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量/測(cè)試這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)/參考器件，并將測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)為原始數(shù)據(jù)。通過比較這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)/參考器件的原始測(cè)量數(shù)據(jù)和已知的數(shù)值，可計(jì)算出系統(tǒng)誤差。這個(gè)誤差的值隨后被用于修正測(cè)量結(jié)果。不幸的是，對(duì)于5G NR ATE測(cè)試設(shè)備，包括DIB(設(shè)備接口板）、探針卡、線纜和連接等，標(biāo)準(zhǔn)/參考器件有各種各樣的高頻率和測(cè)試條件，這使得問題變得非常復(fù)雜。另一種校準(zhǔn)的方法是定義一個(gè)參考平面。這個(gè)參考平面是通過估算并修正測(cè)試系統(tǒng)環(huán)境的系統(tǒng)誤差得出。不幸的是，隨機(jī)誤差無法通過參考平面環(huán)境修正。當(dāng)前RF/5G NR ATE和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)環(huán)境迫切需要一種使用自動(dòng)/校準(zhǔn)和測(cè)量技術(shù)為每個(gè)DUT創(chuàng)建一個(gè)參考平面的解決方案。

 

獨(dú)立器件的自動(dòng)校準(zhǔn)和測(cè)試測(cè)量

 

為RFATE環(huán)境中的每個(gè)DIB(設(shè)備接口板)/DUT創(chuàng)建一個(gè)參考平面需要定義一個(gè)校準(zhǔn)流程（圖1a和1b)。 校準(zhǔn)通常使用一套標(biāo)準(zhǔn)。理想狀態(tài)下，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采用一個(gè)“金參考器件”DIB/DUT，與通常的DIB/DUT測(cè)量(步驟2)相比，其累計(jì)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(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的累計(jì)測(cè)量方法足以滿足實(shí)際的DIB/DUT測(cè)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(biāo)準(zhǔn)/參考器件”測(cè)量誤差是一件非常困難、耗時(shí)和昂貴的工作。