數十億臺5G設備將面世,如何有效降低5G測試成本?

2020-11-25 電子工程專輯

據估計，未來幾年將有數十億臺5G設備面世，5G設備製造商需要在克服成本限制的同時交付高質量的產品。負責開發量產5G產品的行動裝置OEM和合約製造商發現，生產測試的經濟環境正在迅速變化。5G新增了6 GHz以下的頻段，並且5G毫米波(mmWave)的測試頻率更高，這就使蜂窩無線設備的大批量生產測試比以往更加複雜，如果不精打細算，無線測試的成本將會進一步提升。Q9VEETC-電子工程專輯

此外，由於電子設備和天線的集成更為緊密，5G毫米波（也稱為5G FR2）的傳導測試不再可行。如圖1所示，毫米波的標準測試方法需要對手機組裝和模塊層級的最終產品進行無線(OTA)測試，而非2-4G以及5G中6 GHz以下頻段（也稱為5G FR1）常用的板載晶片測試。以下五種策略可以幫助OEM應對5G設備面臨的這些新挑戰並降低測試成本。Q9VEETC-電子工程專輯

圖1：出廠測試涵蓋從組件到成品的全部過程Q9VEETC-電子工程專輯

1.多設備測試

隨著4G引入了眾多新的LTE-FDD和LTD-TDD頻段，測試技術也得到發展，每個測試站都可以進行多設備測試（也稱為多DUT）。5G的頻段數量繼續大幅增長，有更多天線支持新的中頻帶頻譜和MIMO技術，這也為製造測試帶來了新的挑戰。測試的複雜性更高，每個設備的測試時間也更長。在5G中，利用每個測試儀實施多DUT測試，可以通過更大的容量來分擔增加的測試時間，從而獲得更高的每小時特定測試量(UPH)。圖2給出了一個標準工廠生產設置，其中有4個設備通過軟體測試程序與硬體測試儀單元相連。Q9VEETC-電子工程專輯

圖2：單個測試儀可以並行測試多個設備Q9VEETC-電子工程專輯

圖3展示了如何通過並行測試多個設備來最大限度地提升測試設備利用率，同時最大程度減少空閒時間（例如DUT控制和穩定時間）。Q9VEETC-電子工程專輯

圖3：工廠通過單個設置測試多個設備時，可以更好地利用資源Q9VEETC-電子工程專輯

2.測量效率

射頻參數測量是驗證大批量生產環境中設備性能的核心環節。3GPP標準針對這些特定的射頻測量提供一系列推薦的測試項目，例如發射功率、誤差矢量幅值(EVM)和相鄰信道洩漏功率比(ACLR)等（圖4）。製造商一直力求減少射頻測試項目的混合（在不影響被測設備質量的情況下），並通過將出廠測試流程分散到生產線的多個站點（例如2-4G使用一個站點，5G使用另一個站點）來改善生產效率和節拍時間。Q9VEETC-電子工程專輯

圖4：功率-時間測量結果展示了參數的變化趨勢Q9VEETC-電子工程專輯

3.並行數據處理與分析

工廠生產時，需要對DUT執行射頻校準和射頻驗證。標準測量涉及的發射功率和頻率範圍可以涵蓋多種信道和無線電格式。藉助5GNR，可以分析比以前更複雜、計算密集度更高的波形。因此，測試設備架構需要考慮計算密集度更高的5G信號分析，同時通過硬體或軟體提供高效的並行測量。例如，可以在軟體中開發創新型啟發式算法，以加快測量分析過程。這兩種技術（硬體或軟體）都有助於實現在射頻校準和射頻驗證測試中進行並行數據處理與分析的目標。Q9VEETC-電子工程專輯

4.測試流程自動化

測試流程自動化是改善5G設備測試的另一種有價值方法，由於5G mm毫米波的OTA測試設置較為複雜，因此這種方法對於5G毫米波尤為重要。首先，軟體測試自動化程序不僅需要控制被測設備和測試設備，還需要控制用於OTA毫米波測試的OTA測試室。由於24 GHz及以上頻段的信號傳播能力較差，因此支持這些頻段的5G設備（例如n257至n261）內置多個毫米波天線模塊。為了使用精確的輻射模式測試這些毫米波天線模塊，射頻測試室需要藉助一個定位器來旋轉設備或使用多個天線喇叭進行OTA測試。圖5給出了從執行軟體測試到利用定位器旋轉裝置將硬體儀器與用於5G毫米波測試的測試室綁定在一起的整個測試流程。Q9VEETC-電子工程專輯

圖5：定位器會改變DUT與測量天線間的相對角度Q9VEETC-電子工程專輯

另一種測試多個毫米波天線模塊的方法是在測試室外殼內部安裝多根喇叭天線，並確保喇叭天線和設備的毫米波模塊之間具備高精度視野，如圖6所示。Q9VEETC-電子工程專輯

圖6：可以使用多根天線執行信號功率等參數的測試Q9VEETC-電子工程專輯

5.白盒測試

OEM通常不願在一致性測試中公開其5G毫米波模塊設備天線的結構，以免產品設計信息發生洩漏。因此，黑盒測試成為這些情況下的標準選擇。但是，在大批量生產測試中，情況則有所不同。Q9VEETC-電子工程專輯

通過了解設備硬體設計並掌握大批量生產設備中的天線毫米波模塊布置後，測試工程師即可預設喇叭天線的布置和定位器的移動方式，以提高測試流程的效率，而無需對天線陣列執行額外的近場掃描。此外，將DUT開口的中心放置在測試區域的中心，可以節省更多測試時間。這就是所謂的白盒測試，它是黑盒測試的一種替代方法，測試設備被置於測試區域的中心（圖7）。Q9VEETC-電子工程專輯

圖7.黑盒測試（上圖）與白盒測試（下圖）有所不同。在黑盒測試中，被測設備的內部工作狀態無從得知Q9VEETC-電子工程專輯

總結

5G是一項令人振奮的全新通信標準，旨在提供更高的帶寬、更低的延遲和超高的可靠性。其3GPP標準存在眾多變體和很高的靈活性，這就使5G波形的分析更加複雜。Q9VEETC-電子工程專輯

從新的硬體設計要求（5G毫米波中的集成天線）到3GPP標準的發展，5G設備製造商面臨著新的測試挑戰，既要確保全系列產品的質量，又要保證測試成本效益。Q9VEETC-電子工程專輯

作者：Rex Chen，LitePoint 5G戰略業務發展總監Q9VEETC-電子工程專輯

責編：Amy GuanQ9VEETC-電子工程專輯

本文為《電子工程專輯》2020年11月 刊雜誌文章，版權所有，禁止轉載。點擊申請免費雜誌訂閱  Q9VEETC-電子工程專輯

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