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不断壮大的无线通信市场挑战无线测试技术 [复制链接]

无线测试技术目前正走到一个从未有过的十字路口,主要是由以下诸多因素引起的:

● 新的无线通信标准

◆ WiMax (802.16)

◆ UWB (Ultra-wideband)

◆ 802.11n

● 集成技术

◆ RF收发器与ADC/DAC器件集成在一起

● 高速串行总线

◆ PCIe (PCI Express)

● 更高的测试频率

上述一些或者全部新技术发展都很会对无线器件测试带来巨大冲击。这些技术的冲击,不仅会影响那些复杂的比如说集成了高速数字总线和RF通道的器件测试,也会影响那些相对简单的比如说独立的RF通道测试。

新的无线通信标准

带宽

大多数新的无线标准的出现都与提高带宽以满足更高数据传输的需求有关。图1表明了无线通信标准的采用时间和带宽之间的关系。

从20世纪90年代初起,无线通道的带宽就开始急剧增大。WLAN(802.11)标准的成功更是增长了带宽增大的迅猛趋势,因而测试公司们也要极力保持他们设备的先进性。近年来,UWB标准的实施正给测试技术带来极为严峻的挑战。WLAN标准一般都低于100MHz的带宽,因此测试技术上还不需要特殊的方法来应对。但是UWB标准的带宽能达到500MHz,这将会给测试仪的设计带来很大的冲击。用于测试这种带宽下的RF接受器的测试仪设计方法与其它的无线测试系统有非常大的不同。通常来说,UWB的采样精度(8到10位)比传统的RF采样精度(12到14位)要低。因此,就需要设计一个特殊的方案来测试UWB协议。

通道数目

随着半导体器件集成度越来越高,无线器件的 RF通道数目也越来越多。3到5年以前,CDMA器件首先出现了较多的RF通道,因为它集成了GPS 和模拟蜂窝部分。更新的手机芯片更是集成了W-CDMA,GSM和GPS等诸多通信通道。因而在一块芯片上拥有11个RF通道的情况并不少见。

WLAN(802.11)协议同样驱动着RF通道数的增加。这些系统中拥有MIMO技术的芯片很容易就达到10个RF通道。部分原因是由于为了支持802.11 a/b/g标准,器件必须得支持多个天线和多种通信频率(2.4或5.2GHz).除了不断增加的RF通道,这些收发器件的IQ基带通道也在增加。3对TX I/Q通道和2对RX I/Q通道的情形也不少见。这会更进一步提高对测试系统的基带混合信号测试能力的要求。

数字模拟独立化技术

过去的5到8年里,零中频收发方式统治了GSM和WLAN无线系统的芯片组结构。CDMA系统除开它在RX和TX芯片上要满足全双工隔离的要求外,在结构上却没有根本的改变。该结构如图2所示:

在传统的零中频收发结构中,基带接口由模拟 I/Q差分信号构成。这些信号的典型频率为100KHz(GSM)到20MHz(WLAN).这些信号的测试,可以用传统的混合信号仪器在大多数测试平台上实现。

尽管这些模拟I/Q接口已经在无线通信上使用了很多年,但是对更多通用RF前端处理多种无线协议(GSM,EDGE,cdma2000,WLAN)的要求驱动着无线半导体工业去寻找一种更加简单灵活的方案。业界的通用趋势如图3所示。

由图3可以看到,ADC和DAC部分已经从基带处理器移至RF收发器上。这样做有很多好处:

● 能简化所有的数字接口和后端设计

● 模拟部分和数字部分完全分开―― RF XCVR部分为纯模拟和RF部分,而基带处理器则为纯数字部分。这能简化制造工艺,能使基带处理部分跟上摩尔定律发展。而RF和模拟部分的规模不能随着工艺的几何尺寸同比增加,所以两种不同技术的生命周期可以完全分开。

● 可以设计通用的XCVR―― 由于现在基带接口是纯数字,RF收发器能为不同的频率和标准而设计。基带处理器能根据不同的标准来处理采样后的模拟信号。这样就可能出现完全通用的手机。

这种方法虽然使手机制造业受益匪浅,但却给测试工程师带来不少麻烦。这些接口的数字速度可以从50Mb/s到400Mb/s不等。50Mb/s对大多数 ATE来说并不是什么难题,但是400Mb/s对当今的ATE解决方案来说却是一个极大的挑战。而且,即使接口速度的问题不困扰我们,尽管测试仪能够处理高速的测试,但测试时间也会是另外一个巨大挑战。在这些测试中,数据并不是纯数字的,而是由模拟信号采样而来。换句话说,需要用传统信号处理方法来处理这些数据。大多数数字管脚能够捕获数据,再传给测试仪的CPU,但是这远不是最好的方案,因为在紧张的产品价格条件下,这几百毫秒的测试时间可能就是导致产品失败的罪魁祸首。全新的测试仪结构要能高效地处理这种接口的测试。

高速总线测试

多年来,许多业界观察家就早已预言高速串行总线+RF技术必将出现。今天终于有了集成RF无线LAN技术和PCI express总线的芯片组。

而PC的总线标准也从古老的PCI总线转换到 PCIe总线。任何基于PC环境开发的外围设备,都必须遵守PCIe总线标准。当今至少有2家主要 WLAN供应商能提供单芯片PCIe总线的WLAN解决方案。

这就要求测试平台具有2.5Gbps和3.2Gbps的数字接口总线(通常一个芯片有一个lane)测试以及标准RF测试能力。注:一个lane就是一个串行的TX和RX差分对。并不是所有当今ATE都拥有这种测试能力,它很有可能会淘汰一大批测试平台。任何想致力于WLAN测试市场的人都必须认真对待这个问题。

更高的测试频率

RF测试的最后一个挑战是更高的RF频率。 6GHz是十多年来主流商业应用与军方应用技术的频率分界点,但是现在这个分界点在开始改变。

有3种基本应用需要更高的频率范围

● Ultra Wide Band (UWB)——最高能到0.6 GHz

● WiMax (802.16d) —— 最高能到11 GHz

● 移动电话谐波分量—— >10 GHz

就UWB来说,在美国联邦通信委员会就给它分配了10.6GHz的频段。如图4所示。


尽管至今还没有器件使用该频段,但可以肯定的是高速数据传输系统肯定会朝高频方向发展 .

WiMAx分配的频段是11GHz。当今大部分器件都在3.5GHz区域以内,但是为了使干扰更小,也必须得往高频发展。

最后,由于无线半导体制造商在单封装(或单芯片)内集成了更多的功能,我们还需要更高频率的谐波测试能力。为了制造出更小的手机,前端模块更加普遍。图5是一个典型的前端模块。

如图5所示,前端模块包含了功率放大器,交换器以及滤波器。在典型的GSM/EDGE手机里,由于交换器要在高功率下工作(可以到36dBm),必须要对这些器件的谐波分量进行测试。这就要求测试到6阶的谐波分量(而基频是1.9GHz),需要有11.4GHz的测试能力,大大超出当今通常配备的ATE 测试系统的测试能力,因而驱动全新的无线测试技术的发展。

小结

当今世界上有近20亿的无线产品用户,我们在上文阐述了在测试这些无线器件时所面临的许多挑战,包含了RF技术方面的挑战也包含了高速数字测试的挑战。这些变化非常普遍,并使得测试工作更加复杂。

Credence认识到了这些挑战,并一直在努力寻求应对这些挑战的解决方案。有了ASL 3000RF和Sapphire测试系统的帮助,我们一定能应对这些挑战。拥有Credence这个合作伙伴,你不但拥有了先进技术,而且还拥有了有效低成本的测试解决方案。要成功,这两点缺一不可。

本文摘自《半导体技术》
此帖出自无线连接论坛
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