基于V93K系统的射频测试技术

戴强

【摘 要】本文首先阐述了V93K射频测试系统的结构，接着详细介绍了V93K进行射频测试的原理，相对于其他独立设备来说，测试仪具有集成度高、应用灵活和效率高的测试优势。

【关键词】V93K测试；射频测试

中图分类号： TN929.5 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）11-0056-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.022

【Abstract】The thesis illustrates the structure of the V93K Radio Frequency testing system and then elaborates the principle of V93 RF test. Compared to other independent facilities， the tester has the advantage of high integration level， flexible applicability and high efficiency.

【Key words】V93K Test； Radio frequency test

0 引言

射频以其优异的性能和传输效率，近年来，在通信领域得到广泛的应用。由于无线通信的快速发展，滤波器、振荡器和混频器电路已被集成于单片上，因此射频集成电路的测试已经成为一个非常重要的环节。常用的射频电路测试方法是将信号源、网络分析仪、示波器和频谱仪这些独立的测试设备连接在一起使用，存在着很多人为的不定因素的影响，无法实现测试结果的一致性，而V93K自动化测试仪的射频测试系统则是将信号源、网络分析仪、示波器和频谱仪集成在一个测试系统上的高性能测试设备，已经成为目前射频集成电路测试的趋势[1]。

1 V93K测试仪的射频系统结构

根据芯片信号种类测试可分为：数字电路测试、模拟混合电路测试和射频电路测试，其中射频电路测试难度较大。目前行业内芯片量产测试主要是由ATE（automatic test equipment）测试系统完成，射频电路主要有“射频到比特流”（RF-to-Bits）或“射频到模拟基带（RF-to-ABB）”两种类型构架。由于射频电路的复杂结构设计，使得芯片测试工程师不仅仅要有深刻的射频测试理论知识，同时还要不断的更新了解ATE射频测试系统的测试原理和软硬件架构。

V93K自动测试系统主要有四个测试模块，分别是电源模块、数字模块、模拟模块和射频模块。

电源模块最多可提供256路电源通道；Smart Scale 数字模块可以提供4096个数字通道，其中的Pin Scale SL数字板卡可以达到16Gbit/s的数据速率；Wave Scale MX模擬板卡提供32个并行的audio/video测试单元；Wave Scale RF 测试子系统最多可配置192个射频测试端口，提供6GHz射频信号源和射频接收单元，实现真正意义上的20个电路并行测试的能力。

而V93K射频系统的组成由射频源板卡（RF Source Card）、射频前端板卡（RF Front End Card）、模拟板卡（MBAV8）和数字板卡（Digital Card）组成。射频源板卡产生频率在6GHz内的射频信号，作为信号源或者作为射频本振使用。

测试中要根据芯片的需求，选择IO端口的最优测试通路，可未待测芯片提供6GHz以内的射频信号或本振信号。

模拟板卡包括数字转换器（DGT）模块和任意信号发生器（AWG）模块，数字转换器（DGT）模块是对混频后的中频信号进行处理，输出波形或数据；任意信号发生器（AWG）在射频测试中提供所需的调制信号，最高可生成200MHz模拟信号。

数字板卡（Digital Card）在测试中为芯片提供芯片的配置信息或者触发（Trigger）信号。

2 V93K射频测试原理

图1显示的是V93K测试系统测试测试芯片TX特性时的原理图。根据信号的传输方向，可以把整个测试流程划分为三个域：射频域、中频域和数字域。当测试芯片的RF TX特性时，ATE被当作是RF Receiver，首先设置被测芯片处于RF发射模式，使芯片产生RF输出信号，然后测试机对RF输出信号进行下变频，产生中频信号，并经过低通滤波、A/D变换等过程转换为数字信号，并进行相应的数字信号处理[2]。

中频信号的数字正交采样的原理图如图2所示。模拟中频信号经过低噪声滤波器后，再由ADC进行了模数转化将模拟信号数字化。在这个过程中，中频信号频率、低噪声滤波器带宽和ADC的采样速率，如果未能满足相应的采样定理，很容易就会出现信号频率混叠。

为了防止信号频率混叠，在数字域中采用软件算法的方式解决这个问题，运用数字信号处理技术，NCO（number controlled oscillator）和低通数字滤波器以及抽取滤波器三者相结合使用，可以快速高效的解决如频率混叠等问题，也避免了增加测试时间[3]。

3 V93K测试系统的优势

3.1 影响射频信号质量的因素

根据射频电路的特性和对其产生影响的参数，可以知道测试射频电路的关键是解决产生射频信号的质量和减少射频传输过程中的损耗。

当待测芯片具有射频测试需求时，ATE测试板需要满足射频信号传输需求，包括阻抗特性、信号完整性和电源完整性的要求等，保证各类信号的传输质量。由于ATE测试板通常布有各类信号，在射频信号传输过程中，更容易受到外部环境的干扰，PCB板设计难度较大。在射频测试板的设计时，我们首先要充分考虑待测芯片的各类信号传输要求，避免各类信号在板级上互相串扰，还要防止外部电磁信号的辐射，导致信号传输质量变差，影响测试的可靠性。综合考虑射频信号、电源地、时钟信号、测试板板材、板层设计和阻抗匹配等因素，射频测试板各类信号设计的基本顺序：射频IQ差分信号→模拟中频信号→时钟信号→电源→数字基带信号→地。

3.2 V93K测试系统的优势

射频芯片作为一个独立的单元，包括了射频单元和控制单元，通常测试需要由独立的设备提供射频信号，控制单元可以由其他设备产生，分立设备很难解决同步问题，V93K是一个集成的测试系统，其中包括了数字模拟和射频的测试模块，可以做到很轻易的同步所有的测试信号。

V93K优异的软件系统，射频子系统软件包括射频通路的定义、信号源板卡的选择和观测工具。

V93K测试仪射频模块通路选择，可在测试时根据芯片的需求，灵活的选择芯片的通路。

图3是V93K集成的频谱分析仪界面图，对ADC串行输出数据采样到的数据进行FFT变换所得的频域信息，显示结果与测试程序计算吻合，可验证整个测试过程中对待测芯片的设置测试正常。在测试过程中可以实时监测待测芯片输入的射频信号，灵活的选择待测信号的带宽、待测信号的路径，即使同时有多个芯片在测也可以通过选择待测信号的路径来观测不同芯片的信号。

V93K另一个优势就是有大量灵活的测试语句，根据自己的需求灵活运用，比如对于得到的信号进行分析频谱，计算信噪比（SNR），得到自己所需的数据，因此测试仪可以理解为将频谱分析仪，示波器，信号源和网络分析仪综合在一起的测试设备。

4 结束语

结合V93K测试机台的特点，讨论了射频测试的原理和测试机台的优势。结果表明V93K在测试过程中具有优秀的性能，测试方法灵活多用，观测工具多样，容易得出结果，在射频测试中有一定的优势。

【参考文献】

[1]刘红梅，陈文苑.中国集成电路产业未来发展之路探析[J].当代经济，2017，（4）：69-71.

[2]牛林业，肖鹏程，黄俊.基于ATE的SoC射频测试技术的研究与应用[A].电子测量技术，2010.

[3]徐光，吴振海，陈金远等.集成电路芯片的射频测试技术[J].半导体技术，2010，35：191-193.