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5G射频(RF)标准的实施正在迅速提高[1]。在过去的4到6个季度里，人们越来越关注已被引入市场的出版物和产品。一些更流行的射频生态系统应用包括手机、WiFi、汽车、物联网(IoT)、位置服务等。WiFi和手机服务是数据密集型的，而物联网在某些情况下可能需要的数据量有限。

根据4G移动网络的单位体积指标，实现图1中的单位体积和5G标准定义的总可寻址市场(TAM)的信心水平似乎很高。

图1:预计5G产品将强劲增长。来源:物联网商业新闻．

从世界各地的开发产品到5G规格，有很多类似的图表显示了这样的数量。更高的5G射频单元容量预计将导致测试时更高的单元容量。预计基础设施的发展和部署将先于用户设备的介绍。如图2所示，一个典型的手机应用程序包括一个带有手机发射塔的基站，每个发射塔都支持覆盖区域内多个用户的手机。

图2:双向RF通信框图的关键成分包括应用处理器（AP），基带集成电路（IC）和射频集成电路（RFIC）。

由于基站具有支持多个用户设备的覆盖区域，因此RF功率要求相对于用户设备更高。基站通过插入电源供电，而用户设备则设计为功率效率，因为它们是移动和电池供电的。由于在典型的手机上下载的数据的大小是比上载数据高的数量级，因此接收信道的数量通常大于发射信道的数量。在协议层采用多输入，多输出（MIMO）和载波聚合（CA）[1]等概念，以增加有效带宽。接收通道使用多样性[1]以提高空间性能。尽管这些概念不是本文的直接焦点，产品架构和设计确实对测试要求和测试方法产生了影响。基于WiFi技术的应用通常在家庭/办公室内。它们的最大RF功率是有限的，但动态范围不是，并且它们的带宽相对于手机通常更高。

最近引入5G 3GPP标准[1]，识别两个单独的载波频谱中的载波频率。如图3所示，FR1载波频率位于410MHz至7.125GHz范围内，并且FR2载波频率位于24 GHz至52GHz范围内。允许带宽超过100 MHz，最高可达2 GHz。子载波间隔是压实的，因此需要对相位噪声进行更严格的约束，并获得平坦度。

图3：在3GPP规格[1]中定义了5G载波频率。

5G新无线电(NR)调制方案

有两个5G NR信号调制方案 - 循环前缀正交频分复用（CP-OFDM）和离散傅里叶变换扩展正交频分复用（DFT-S-OFDM）[1]（图4）。

图4：256正交调幅(256- qam) 5G NR星座图由Advantest V93K捕获。

CP-OFDM用于下行(D/L)，具有正交相移键控(QPSK)， 16-QAM, 64-QAM和256-QAM。它具有很高的频谱效率，并与MIMO和4G LTE定义兼容。DFT-S-OFDM用于上行链路(U/L)，具有π/2-二进制相移键控(BPSK)、16-QAM、64-QAM和256-QAM。与CP-OFDM相比，它的实现更复杂，资源分配更不灵活，而且不能与MIMO结合使用。5G NR的5个副载波间隔在15 kHz至240 kHz之间。图4显示了一个256-QAM图。

5G射频产品和RFIO

现代直接和外差转换器架构[2]有数字基带I/O。数字基带将数据提供给数字模拟转换器(DAC)，从而产生模拟同相和正交(I/Q)波形。这些波形，当与本地振荡器(LO)信号混合时，上转换数据产生调制中频(IF)或射频信号，发送给接收器(Rx)。信号通过同轴屏蔽电缆或通过空气传输。在传输之前，尤其是通过空中传输时，信号可能需要信号放大。此外，接收机可能要求在提供信号进行下转换之前对接收到的信号进行放大。下转换信号馈送给模数转换器(ADC)， ADC将信号转换为数字基带，由应用处理器处理。图5显示了这些步骤。

图5：简化的发射器（TX）和RX RF链块。

集成设备制造商(IDM)客户带来了各种RF产品的组装和测试服务。这包括但不限于收发器、低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)、数字步进衰减器(DSA)、滤波器和混频器。根据目标应用程序的不同，射频输入和输出通道的数量可能不同。带宽、相位噪声、互调失真(IMD)、相位和振幅分辨率/精度，以及其他测试要求也可能不同。

用于生产测试的被测设备(DUT的)发射机特性规格包括发射功率和射频频谱发射(占用带宽、带外发射、相邻信道泄漏比(ACLR)和IMD)。产品测试的接收机特性规格包括接收灵敏度、最大输入电平、相邻信道选择性、阻塞、杂波响应和IMD[1]。

自动化测试设备(ATE)测试仪和工具与5G射频子系统

最近，Advantest、Teradyne、National Instruments和Cohu都发布了一份针对其成熟ATE产品的升级计划。安科尔利用ATE的射频子系统硬件和软件仪器基础设施在生产工厂测试客户产品。

ATE厂商通常为客户测试应用程序开发构建一个通用的仪器资源超集配置。任意波形发生器(awg)、数字化器(dgt)、LOs、滤波器、放大器、音调组合器、发射信号分配器、接收信号开关的数量及其宽频带和动态操作范围都是每个客户在每一个新的5G射频应用中必须考虑的权衡因素。来自仪器设计的特定频率和振幅的相位噪声对误差矢量幅度(EVM)测试有直接影响。相位噪声-110 dBc/Hz在偏移100 kHz和-10 dB或更好是可接受的(典型)在5G范围的连续波(CW)频率。在典型的宽带客户产品应用中，需要切换频率和幅度。切换时间会影响整个测试列表的执行时间。具有最小切换时间的测试人员在生产测试中效率最高。图6显示了ATE框图。

图6：一个简化的ATE方框图。

必须开发自定义工具（探测卡和/或装载板），以帮助将测试仪资源路由到设备，引脚或凹凸。对于晶圆探头服务，探针卡供应商提供探头引脚技术。对于50 GHz高于50 GHz的5G RF载波频率，挑战包括阻抗匹配和引脚，以引脚​​和站点到站点信号隔离。适用于封装部件，装载板，插座和插座销技术供应商提供引脚技术。对于5G RF载波频率，挑战类似于用于探针引脚的挑战。这些频率下的可接受水平的插入损耗（S参数S21）通常不超过-10dB，并且频率范​​围内的返回损耗（S11）通常优于-10dB。在频率范围内，典型应用的销钉隔离的可接受水平优于-45dB。

供应商保证测试头信号传递接口的射频性能和精度规格。测试仪供应商开发和交付校准系统(硬件和软件)，以校准，验证和诊断性能文件规格。射频仪器的精度规格对温度波动很敏感。在大多数情况下，±5°C(或更小)的温度变化会触发仪器的自校准程序。电源、信号(数字、模拟/RF)和时钟需要将校准平面从测试头移动到设备引脚。该路径包括探测卡或加载板上的痕迹。我们有一个独特的优点，无论是采用去嵌入技术，还是使用环回或定制开发的短，开放，负载，通过(SOLT)结构，以帮助交付所需的射频信号精度到被测设备。在大多数情况下，为校准开发定制标准需要额外的努力，然而，对于内部封装设计，这条大道是存在的。在大多数情况下，黄金环回DUT技术已经足够实现所需的准确性。

集成测试连接

我们的组装和测试部门紧密合作，以实现5G RF工程开发和生产测试。其好处是在同一工厂提供一个完整的组装和测试交钥匙解决方案。提供封装天线和封装天线(AiP/AoP) SIP的5G封装由安kor于2018年7月首次生产，并于2019年在一份公开新闻稿中宣布[3]。

随着最近组装和封装技术的进步，射频芯片，如5G收发器和射频前端(RFFE)设备，可能会在封装中嵌入天线。类似地，System in Package (SiP)设备在集成电路封装[4]中集成了相关组件，如处理器、内存、RFIC外设、功率放大器、低噪声放大器、相阵列和天线结构等分立组件。天线是前端的关键部件，需要为特定的操作频带进行调谐。根据3GPP规范[1]的定义，目前正在设计的符合5G NR FR2标准的客户产品在特定操作频带内进行了性能调整。数据密集型应用程序可以保证在封装中封装多个无线电，因此需要在每个操作频带上调谐多个天线。

所有前几代和现在的射频器件的生产测试都是导电的。从被测设备到被测设备的RF I/O通过电缆和屏蔽印刷电路板(PCB)微痕迹通过阻抗控制路径电连接到测试仪的RF仪器。如上所述，所有开发5G射频测试解决方案的ATE供应商都包括导电射频同轴互连。为了使用嵌入式天线实现封装的大批量生产测试，该测试方法需要一个互连，能够在最小且可控的信号损耗下发射或接收射频能量。天线传输理论[7]，要求发射机和接收机之间的空间间隔最小。这种分离取决于载波频率。RF I/O通道的数量和多站点测试要求增加了生产测试的复杂性。目前正在探索的测试选项包括贴片和喇叭天线、波束形成集成电路(BFICs)、嵌入式定向耦合器和波导。这些解决方案都不适合大批量生产，也不能随着天线数量的增加而扩展。这主要是由于测试器接口的处理程序中的物理空间需求。

IDMs一直在架构设计结构，允许收发器上的环回卓越设计(DfX)模式，以帮助简化生产测试设备的需求，并使其经济。虽然封装中的天线提供了额外的小型化和整体集成，但它确实带走了应用程序在新的5G NR载波频率操作频带的最终性能调整的灵活性。公司继续与供应商和客户合作，解决生产测试中的无线(OTA)测试挑战。

增值的命题

在高水平，有两个主要生产测试操作模型。第一个有客户完成对测试内容的完全控制，包括托管所选的5G RF测试设备，并使用AMKOR执行生产运行。第二个测试操作模型具有客户要求工程服务，以实现生产测试。在这种情况下，我们的测试开发团队与客户密切合作，并迎合每个客户测试开发工程（TDE）要求的自定义需求。值 - 添加TDE服务的示例包括但不限于：

• 选择匹配的5G支持测试仪，
• 选择匹配的探测程序和/或处理程序，
• 设计匹配的5G测试工具（探针卡，装载板），以实现适当的测试仪资源分配，尤其是对于多站点生产测试，
• 根据客户的功能测试规范，开发和调试生产测试程序、测试模式和测试波形;
• 产品资格,
• 产品特性测试程序，
• 良率优化，低良率失效分析，产品设计反馈。(例如，失效分析可能需要x射线或脱层来确定制造和组装包装缺陷的根本原因。)
• 自定义后端流也能够有效地处理成品。

RF测试开发工程集团具有显着的经验开发测试解决方案和用于前几代RF技术的测试内容，并继续建立在这种专业知识，以解决此处描述的5G测试挑战。本集团在FR1和FR2 RF光谱中积极参与创建和提出基站和移动5G RF产品的测试解决方案。这些测试解决方案利用上述3GPP标准兼容的ATE硬件和软件测试工具。

多年来，内部生产测试流程已经成熟，允许在5G RF生产测试中实施面向制造的设计(DFM)规则。收集、分析和保留5G RF生产测试的制造测试结果对于不断改进测试方法、流程和内容至关重要。在特定情况下，测试工程师会向IC设计和制造工艺工程师提供有价值的反馈。为跨测试设备群的多站点的5G RF测试结果建立统计仓限(SBL)，可以帮助识别与系统设备相关的错误故障，并帮助消除这些因素。这确保了最佳的测试设备利用率，并提高了整体生产能力。

很大一部分客户拥有具有关键上市时间(TTM)目标的产品，并且对知识产权(IP)污染和安全性非常敏感。成熟的系统和过程可以处理所有这些客户关注的问题。

安kor生产测试一直在准备在未来几年测试大量的5G产品。这包括预计将先于用户设备(移动设备)增长的5G基站和基础设施设备。

概括

5G RF生产测试业务规模巨大，增长迅速。我们的生产测试团队一直与组装包装、ATE供应商和客户紧密合作，以确保整体5G RF生产测试服务可用于满足并超出所有测试能力和容量挑战。

参考

1. 3 gppTs 38.101-1 v16.1.0(2019-09)。
2. 宽带射频架构选项- Peter Delos，模拟设备．
3. 公司设备包
4. 包装/天线上的天线
5. 安kor天线在包装-文章．
6. Amkor Coplays - 2019年新闻稿
7. 菲涅耳远场区域或者天线理论

关于作者

Vineet Pancholi，于2019年1月加入Amkor公司，目前领导5G RF和高速数字狗万注册地址生产测试方法的测试技术开发。在加入安科尔之前，维尼特曾在Microchip Technology从事测试开发工作。在此之前，他在Intel工作了19年，担任各种测试角色，包括测试供应商管理、测试技术开发(老化、最终和系统级测试)和RF测试架构师。Vineet拥有半导体器件测试专利，并获得亚利桑那狗万滚球官网州立大学物理和电子工程硕士学位。