RF SiP混合系统级测试

近年来，物联网的普及将注意力集中在低功耗无线应用上。结合蓝牙低能耗(BLE)收发器、mcu和电源管理电路等功能的物联网模块正在成为系统级封装(SiP)甚至单芯片设备。这种设备增加了对可以在短时间内测量它们的大规模生产测试环境的需求。为了满足这一需求，我们专注于将传统ATE测试和系统级测试(SLT)相结合。具体来说，我们开发了一种混合的SLT系统，它结合了T2000系统形式的ATE测试和连接到T2000上的多接口单元(MIU)盒实现的SLT。在本文中，我们将使用BLE SiP模块作为示例来描述混合SLT。

物联网和低功耗无线

物联网代表了一个快速增长的市场，适合各种使用系统的高速无线连接是必不可少的。数字交通的到来加速了这一趋势。除了高速之外，低功耗对于物联网无线通信也至关重要，因此采用了低功耗无线标准，如用于短距离通信的BLE和ZigBee，用于远程通信的LoRa和Sigfox(表1)。

表1:低功耗无线标准和特点。

如图1所示，在低功耗无线应用中，BLE的使用率相对于其他通信标准的使用率较高，BLE的年平均增长率为24.5%。可以实现这些标准的物联网模块可以采取各种形式，从组合离散组件的模块级设备到SiP和单芯片设备。由于近年来对更高功能、节能和小型化的需求不断增长，物联网模块功能将越来越多地集成到一个设备中。随着当前物联网的加速发展，这种sip和单芯片与具有离散组件的模块的比例正在增加，从而推动了对生产测试环境的不断增长的需求，该环境可以一次快速测量大量高度集成的设备。此外，使用SiP设备或单芯片构建的物联网模块可以为每个应用程序优化各种产品。

图1:BLE在低功耗无线应用中有重要用途。

SiP的技术挑战

物联网模块是集处理、电源、有线通信、无线通信功能于一体的复合设备。为了测试这样的复合器件，测试人员必须具备测试多种器件(如MPU、收发IC和PMIC)所需的常规能力。与此同时，半导体制造工艺正在出现一种趋势，推动SLT与传统最终测试的比例增加。目前，对系统升级的需求是使用传统ATE结合修整过程，而不是将实际的终端应用级机器(如主板)与测量仪器结合起来的系统升级。如表2所示，SiP带来了技术挑战和好处。对sip日益增长的需求以及引入它们所引起的技术问题是需要ATE环境而不是使用诸如主板等夹具的升级SLT系统的原因。

表2:SiP的好处和测试的技术挑战。

使用ATE进行异步测试

根据生产量的不同，有两种方法可以帮助解决物联网模块sip的技术问题:

1. 使用多个同时测量SLT系统的高效测量环境。
2. 采用传统ATE测试实现SLT的混合环境。

在这里，我们主要关注第二种:使用传统ATE测试器实现SLT的混合环境。这种方法特别适用于高混合的生产。

在传统的设备测试中，ATE主动控制DUT以有效地执行测试。但是，SLT提供了在实际应用程序级用例中的测试，其中应用程序运行在DUT的CPU内部的操作系统上。

在这个应用程序环境中，由于DUT特有的处理定时，测试操作是根据DUT CPU的内部时钟执行的，因此输出定时是不确定的。换句话说，在ATE系统上执行SLT时，异步测试成为一个问题。测试必须主要由DUT执行，因为ATE不擅长测试与自身不同步的操作。

为了解决与异步测试和SiP技术挑战相关的问题，Advantest开发了混合SLT，这是使用MIU盒和ATE测试的SLT的组合。MIU盒是一个使用测试器资源和可以异步操作的处理器执行物联网模块SLT的单元(图2)。MIU盒由T2000通过以太网控制。异步测试是通过让MIU使用TSS (T2000系统软件)应用程序软件执行SLT的测试脚本来实现的，TSS (T2000系统软件)应用程序软件通常在T2000中使用。

图2:混合SLT解决方案结合了T2000测试仪和MIU箱。

通过OTA进行16个并行测试的实现示例

图3显示了使用T2000 MIU解决方案测试16个配备ble的物联网模块的示例。每块MIU板可测量四个dut。此外，MIU箱还配备了4块MIU板，可以测量16个设备。此外，由于BLE有40个通道，可以在避免通道干扰的情况下同时进行测量。具有屏蔽功能的性能板(PB)或负载板通过OTA和相邻测试仪的专用插座防止无线电波干扰。在RF OTA测试之前和之后，使用常规测试器资源进行数字测试和直流测试。

图3:这个混合SLT示例显示了16个配备ble的物联网模块的测试。

混合SLT的量产测试步骤(不包括常规的芯片测试项目)如下:这些测试在使用OTA的dut之间异步进行:

• 发射功率。DUT使用射频前端的接收信号强度指示器(RSSI)功能测量功率，同时连续发射直接测试模式(DTM) Tx信号。
• RSSI。与Tx功率测量一样，DUT使用DTM接收来自RF前端的Tx信号，并使用MIU读取RSSI值。
• 包错误率(PER)。在实际使用环境中，当DUT和RF前端通信时，该测试读取PER。
• 数据传输。执行广告扫描后，该步骤连接DUT和RF前端，在应用层发送和接收数据，将数据与预期值进行比较，并做出判断。

根据应用需求，测试系统可以采用三种类型的OTA测试方法:无线电波、静电感应和电磁感应。在本例中，我们采用了静电感应，并开发了一个插座和天线板来实现该方法。图4框图显示了从MIU盒到DUT的连接，以及MIU盒和测试头的照片。图5显示了BLE PER测试用例的结果。

图4:方框图(左)为DUT-to-MIU盒连接，照片(右)为MIU盒和测试头。

图5:射频前端到DUT连接(左)的OTA测试产生了BLE PER测试结果Shmoo Plot(右)。

结论

混合SLT是测试不断增加的物联网模块的理想选择。由于传统的SLT在实际的应用程序级用例中进行通信，测试时间的开销往往会增加。而混合SLT可以实现常规ate测试和SLT并行，从而缩短了测试总时间。混合SLT可以支持BLE以外的无线通信标准，因此客户可以利用Advantest广泛的SLT解决方案。