修改5 g射频校准射频集成电路生产测试程序

现代无线电频率(RF)组件介绍许多挑战外包半导体装配和测试(OSAT)供应商,目的是为了确保产品组装和测试,以满足产品测试规范。日益增长的发展和对射频产品的需求手机、导航仪器、全球定位系统、无线接收机/发射机(Rx / Tx)组件和更多的持续增长,推动了对更高级的需求5克手机和无线网络组件。

无论射频测试系统,能够实现instrument-port准确性的测试设备(DUT)提高测量精度和可重复性。的非理想特性电缆,不幸的是,组件、痕迹和交换机之间的路径工具和其他物品和DUT可以降低测量精度。

虽然目前的校准方法可能在过去,mmWave进步的射频技术要求校准规程修订规范扩展。重要的是要考虑信号路径标定的关键要点,即:系统校准,电缆校准、负载板跟踪de-embedding和金单位”校准以及如何使用这些方面独特的优势在发展中校准标准。

mmWave射频测试

图1:测试系统配置mmWave射频测试。(来源:倪mmWave收发器框图)

测试设备的正确选择、连接器、适配器和系统级标定可以准确的测量来评估5 g的真正性能组件或设备,参见图1。在mmWave频率,信号更容易受到损伤,需要额外考虑选择的测试解决方案,电缆和连接器。系统级标定也基本实现精确测量。

射频校准

校准确保测量系统产生精确的结果。所有non-idealities测试系统之间的路径工具和测试设备可以降低测量精度或导致平面度误差。必须扩展测量精度测试系统信号源的输出或其测量输入到DUT的测试端口如图2所示。测量的频率响应测试夹具,电缆和连接器可能需要获得一个精确的,校准测量。

5克承诺大幅改善无线通信,包括更高的吞吐量,降低延迟,提高可靠性和更好的效率。实现这些目标需要各种新技术和技术,如更高的频率,更宽的带宽,新的调制方案,大规模的多输入,多输出(MIMO),相控阵天线等等。

这些技术带来新的挑战验证的设备的性能。的一个关键测量误差矢量大小(维生素),这是一个系统级的规范对调制信号和DUT的交付和接收。挣值管理在很多情况下,都必须保持在一个特定的阈值和价值得到一个精确的测量要求测试系统本身有一个低噪声地板(即。,低维生素)。

图2:射频校准设置。

这两种类型的校准方法用于解释和纠正这些测量错误矢量和标量校准。

向量校准

向量标定方法需要测量的大小和相位特征的射频路径。这可以通过执行网络分析仪校准DUT的输入和输出端口或通过使用校准网络分析仪测量散射(S)参数³射频的路径。后一种方法提供了一个完整的、复数的表征信号的路径。

标量校准

标量标定方法特征只有级射频路径的特点,相当于只测量的大小部分S21透射系数向量校准。驾驶的一端是一个常见的技术路径信号发生器和测量信号功率计的另一端。级部分路径响应(损失)是由减源的功率(dBm)测量功率(dBm)。这是重复在多个频率的乐队感兴趣的确定总体特征级。

标量校准可以实现可接受的结果高质量的部件时,适配器和电缆系统中使用。这有助于减少测量不确定性和增加测量重复性。然而,相比一个完整的矢量校准,标量校准不太可能检测阻抗匹配沿着一条信号通路的变化。

图3显示了程序执行一个标量射频校准。校准测试程序和指定DUT董事会执行校准和测试人员执行路径。然后,使用外部设备校准数据收集的(功率计、信号发生器、频谱分析仪)。收集到的校准数据相比,最近的校准数据和校准数据应用,如果偏差在规定的误差范围内。如果偏差的误差范围,检查和维修和校准过程重复执行。

图3:标量射频校准过程。

DUT插座校准

射频校准执行两个步骤,DUT Rx信号路径的标定和校准DUT Tx信号的路径。要做到这一点,校准设备的设计和制造。

在步骤1中,校准损耗因子测量环境派生的校准DUT Rx信号路径。校准设备连接到pogo射频信号针应该完全与信号跟踪。准确地测量输入信号的功率与功率传感器、功率计用于空出功率传感器然后是信号发生器和功率传感器应该应用于精确测量输入信号的损耗因子对DUT跟踪。这些损失测量频率的依赖,必须在每个生产测试频率。所有校准损失因素都存储在一个文件在生产过程中应用测试。

在步骤2中,校准损耗因子测量环境配置为执行DUT Tx的校准信号路径。损耗因子对所有输入和输出pogo射频信号针可以测量通过使用信号发生器、频谱分析仪,射频信号跟踪输入销pogo射频信号和输出之间的pogo射频信号针可以准确地校准。此外,它可以只计算损耗系数为输出pogo射频信号针用输入pogo射频信号的损耗系数销先前在步骤1中测量。通过这个过程,往返的损耗系数可以校准射频信号路径负载板在每个生产测试的频率。

完全校准整个跟踪到DUT的损耗系数pogo别针连接印刷电路板(PCB)和DUT必须考虑。以相对较低的频率,pogo销的损耗因子可能是微不足道的,可能被排除在射频校准。然而,随着5 g的新收音机(NR)使用mmWave频带,大量的射频信号损失甚至可能发生在同一类型的pogo别针。pogo销的贡献包括损失损失元素校准。因为它很难精确测量pogo别针损失现有插座结构,研制了一个新的校准和测试插座功能精确测量这些损失。

有两种基本技术用于修正系统误差项。这些是短暂的,开放的,负载,通过(你)和通过,反映、线(TRL)。的差异相关校准类型的校准标准以及如何使用标准定义。他们每个人都有自己的优点,根据频率范围和应用程序。

一个案例研究¹²

在5克载波频率和带宽,测试夹具可以施加重大通道频率响应测试系统和影响维生素与结果。测量包括测试夹具的特点和DUT -使它困难,如果不是不可能的,以确定真正的DUT的性能。校准可以移动测试系统的测试平面连接器的输入连接器DUT(见图4)。

这个未校准测试系统未知信号质量DUT的输入(S1 ')。一个常见的错误是简单地使用均衡在测量端(M1),但这之后发生DUT并删除一些不完美的设备性能特点。

在这个校准测试系统,系统和夹具反应已被移除,使已知的质量信号事件在DUT (S1)。测量误差也可以删除(M1)。

图4:测试平面运动到DUT通过校准。

图5显示了结果分析校准的影响射频调制正交频分复用(OFDM)的测试。频率响应特性比较900 MHz带宽(BW)信号在28 GHz。上面的跟踪显示了振幅响应与一个重要辊在带宽的上限。较低的跟踪显示了相位响应,BW也有相当大的变化。

没有应用校准时,发生大偏差大小(7 dB)和相位(45度)的频率响应特性。校准时,变化的大小(0.2 dB)和相位(2度)的频率响应特性。

这些OFDM系统校准:之前未校准的系统频率响应修正显示近7 dB生变化振幅和相移的45度在900 MHz带宽28 GHz。

后系统校准:相同的OFDM响应校准系统,显示只有0.2 dB和2度的变化。

图5:OFDM调制频率响应校准之前和之后。

图6显示了单载波解调结果校准后16个正交幅度调制(QAM)信号。左上方的跟踪显示了一个非常干净的星座图。这意味着均衡器响应和相位是平级和内部规范,表明均衡器不补偿任何剩余通道响应的测试夹具。左下跟踪显示频谱带宽,几乎是1 GHz的宽。中间低跟踪显示了错误摘要:维生素大约是0.7%,这是可以接受的利润相比,设备规格。这个系统将是理想的确定设备的特点。

图6:OFDM的频率响应校准之前和之后。校准启用1 GHz宽信号的信号生成的维生素与28 GHz不到0.7%。挣值管理这都发生在输入DUT的飞机。

总结

射频校准是一个必需的过程生产的半导体芯片测试转化为可接受的吞吐量,利润率和收益率。可靠的和可重复的校准确保一致的结果,使它更容易确定产品或设计问题,从而减少延迟开发和制造。射频校准成功的公司是一个重要的设置生产测试客户的部分。

引用

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11. “薄片上校准giga-hertz CMOS技术测量学报1999年国际会议上微电子测试结构。
12. “比较”pad-open-short”和“仓空头——负载”deembedding技术准确的薄片上射频特性高质量的被动者,“IEEE事务,体积:53岁的问题:2、2005年2月。
13. “我应该担心5 g校准?“Keysight社区博客。

额外的作者

HyeongSik梦想、主管、测试工程;JeongYon金、主管、测试开发部门经理;高级主管SangHo Byun,主测试工程;副总裁张米安靠韩国测试开发部门经理l

Venancio Kalaw、无线电频率和MEMS测试开发工程;Mon洛佩兹、导演、开发部经理安靠菲律宾l