5 g mmWave商业化的努力正在进行中

由大卫Vondran和罗德里戈Carrillo-Ramirez

5 g宽带蜂窝技术进入了2019年第一次大规模推广阶段。近年来,5 g采用非常明显在消费电子行业中,5 g的功能目前中间层高端移动设备的一个关键卖点。

在幕后,然而,有很多精心设计的发展为更加雄心勃勃的功能奠定了基础。最近,2020年3月,37、39和47个GHz乐队在美国拍卖允许运营商利用5 g的毫米波(mmWave)光谱实现额外的容量和更高的吞吐量。这些乐队被称为频率范围2,或FR2,他们补充5 g细胞较为传统的频谱(FR1)。这个动作成为后续商业化的主要驱动力。

当这个和之前的行业活动考虑在内,舞台设置为以下5 g mmWave带作业(N257-N262):

尽管许多最重要的监管部分现在意识到5 g的潜力,mmWave技术的商业化并不容易,需要时间但它扩展超出城市中心。美国市场,主要是三大运营商(Verizon, AT&T和t - mobile), mmWave频率从26-47 GHz对半导体构成特殊的挑战生态系统-一个挑战,我们会看到下面,同样相关频率覆盖范围。这个教训适用于美国市场还将在全球范围内应用。

短篇小说是三件事需要发生mmWave有利可图的和可行的。

• 首先,全球供应链需要扩展以支持新的基础设施和面向消费者的设备。只有这个行业会看到最初的投资回报(ROI)从5 g。
• 接下来,研发构建块必须商业化,以被认为是真正生产就绪的从推出的角度来看。
• 最后,行业作为一个整体必须能够识别并证实宏观经济effects-namely,可持续利润条件下很难计量激励整个商业化过程。

这听起来像一个艰巨的任务。这个分三部分的一个重要的催化剂事件链的知识FR2可以集成测试和符合成本效益的方式。这些知识将使技术更可行的设备制造商想要维持现有的市场领先地位或在不久的将来使他们的产品更具竞争力。那些这么做站将自己5 g的最前沿mmWave采用有先行者的优势。

生产mmWave设备面临的障碍

在我们深入研究解决方案之前,我们先看一些路障mmWave设备的生产。这些有助于理解为什么有些解决方案是比其他人更适合FR2频率。

预期和现实:当技术先驱想象的消费品和工业应用程序5 g FR2将授权,自然有很多mmWave的兴奋。它更快的吞吐量数据有助于从饥渴视频流在机场休息室在体育场改变游戏规则的增强现实体验。

然后工程师和会计师开始权衡的技术障碍和成本,和激情开始消退。这可能导致一些制造商排除mmWave市场之前,他们甚至开始。

贴纸休克:关于盈利能力,这是常识,更高的频率转化为更高的成本。这意味着,如果硬件射频功能6 GHz以下是相对昂贵的数字然后用mmWave预计硬件比射频功能会更贵。事实上,制造商花费大量的努力来减少外部射频仪器生产线的数量,因为它对总体成本的明显效果。

一般的经验法则,大约2 - 4%的芯片的平均销售价格通常是预算包装和测试。这导致设备制造商认为这项预算将不足,因为测试设备通常是昂贵得多的mmWave谱比的射频频谱。例如,台式仪器测试射频链接通常零售超过10 k美元10 GHz的报道。

设备的复杂性:FR2更高频率的相伴与更复杂的设备。需要更多的专业知识来设计和开发硬件,因此新仪器是需要测试的相关先进的包装(例如,antenna-in-package (AiP)的设备采用波束形成和其他复杂的操作,提高了5 g mmWave标准。有些方面更详细地描述我们的以前的文章,“未来的无线测试是在空气中。”

此外,同样的测试方法不能应用于所有设备。一些额外设备变频步骤需要复杂的校准。上面所述的新的无线(OTA)测试方法还强调这一过程的日益复杂,需要在装船前确保设备功能齐全。

简化生产:供应链是习惯于单独的插入和独立乐队的乐器。这方面的一个例子可能是一个离散优化的插入细胞,另一个连接的优化。通过整合、标准化和简化这些基本的生产步骤,制造商可以实现强大的规模经济。

但鉴于mmWave乐队相关的挑战,它并不总是清楚这些可以实现规模经济。例如,每个FR2乐队需要自己的插入,还是有可能找到一个通用的方法,可以处理整个光谱?这将在很大程度上归结为制造商选择的测试策略。

信号传递:如果这些问题还不够,mmWave提出另外一个头痛。标准的射频电缆和交付方法仅通过扩展标准的信号并不为这些mmWave频率而设计的。限制与非常基本的东西:连接器接口。

生产环境中的常见的射频连接器只支持18 GHz频率。相比之下,信号传递的改进是必要的同轴连接器是更容易使用比波导最优5 g FR2报道。没有改进,制造商风险牺牲性能,可重复性和可购性设备测试时在规模和速度。

虽然这不是一个详尽的清单,它强调一些最紧迫的问题。并获得所有这些高层变量控制设备制造商必须实现技术和经济上的成功,因为他们利用越来越多的mmWave用例。我们的文章”大迁移到5克正在进行中“有更多这方面的信息产业趋势及其对制造商的影响,他们希望利用其潜力。

现在让我们看看如何做到这一点。

开发mmWave测试策略是一个迭代的过程

从历史的角度来看,开发一种新的mmWave测试策略与射频商业化工作有一些相似之处。与射频,mmWave测试策略包括多管齐下,多学科的方法,尽管更敏捷的思维给mmWave的新鲜感。

首先,正如我们所看到的上面部分“贴纸休克”FR2测试的仪器成本会成倍增长随着频率的增加。最初的测试策略因此需要关注如何减少mmWave测试需要。这是通过使用两种主要的方法:

内建自测(阿拉伯学者)。顾名思义,阿拉伯学者包括合并组件的集成电路(IC)将允许它在内部测试部分本身的基本功能和性能。这些部分然后成为更广泛的回送机制的一部分。

阿拉伯学者可能会便宜,但是结果不是从代表用例,因此获得的数据将不会被紧密分布,通常缺乏足够的精度。阿拉伯学者的主要优势是,它可以减少测试周期的持续时间,以及测试探头设置由于其集成的复杂性本质。

外部环回。这种技术在数字电路中是很常见的,看到未处理信号电路本身原路返回。对射频集成电路的吸引力,把发射机(TX)和接收器(RX)部分相同的设计。在这个技术,TX生成一个外部信号,然后原路返回RX使用可用资源特性可以发生。这种低成本的方法绕过外部射频仪器的必要性。它还提供了一种克服内部BIST约束,因为外部回路是更确定的。

然而,外部环回的结果缺乏任何独立的机制来验证绝对性能(例如,输出功率)或隔离各个电路模块的性能。缺乏外部回路参数洞察绝对性能意味着只能提供一个设备间的相对视图可重复性。指标要求独立确认,特别是对于任何应用程序用于授权频带鉴于不顺从不仅仅会导致糟糕的用户体验。它还可以从监管机构导致高额罚款。

应该这些最初的技术达不到生产的目标,它可以创建一个需要依靠传统的最佳实践,利用射频instrumentation-even如果是作为最后的手段和相关的成本相对较高。这里的挑战是测试工程师尽可能充分利用成本最低的工具和应用被证明成功的策略。与此同时,组织可以重新审视预算的情况下找到合适的平衡。

虽然它不是理想,这种既技术和最佳实践的结合有助于确保生产之路。另一个优势是,它会创建一个空间混合测试方法出现。

然而,有很多未知数,是什么理由早5 g mmWave商业采用?基本原理是双重的。

首先,主要优势在于培养一个成熟mmWave大规模生产和测试过程的时候其他球员迷路进入市场。

第二,形成一个优化的测试策略是通过持续的数据收集在每个阶段的发展策略。也就是说,最好的测试策略是一个迭代的过程,体贴evolution-guided,当然,通过持续的数据analytics-forges成功商业化的道路。重要的是,成功的定义是在技术和经济方面的因素。

一般来说,如果我们把这些应用迭代方法mmWave商业化的最终目标,理想的解决方案是有一个单独的测试仪器,涵盖整个5 g FR2广播支持乐队N257-N262(即。24.25 - -48.20 GHz)。离散乐器不同的乐队会造成低效率在整个生态系统。

这种集成解决方案还需要同时支持高性能连续波形(CW)(例如,获得)和调制测量(例如,错误矢量大小)。,在保持着双重强调技术和经济学,相同的解决方案必须支持大规模并行测试通过使用站点密度,如四或八进制网站,改善经济。

最后考虑这个综合测试仪器将支持半导体内容标准工作流:晶圆测试(WS),功能测试(英尺)和无线(OTA)测试。这将允许捕获和最终的优化数据分析在每个测试插入的同时实现从规模经济中受益。

mmWave测试解决方案

如果这一切听起来很有抱负和理论,它不是。Teradyne的新的UltraWaveMX53测试仪器能够解决5 g FR2频率支持完整的授权范围从23.8到52.6 GHz。

UltraWaveMX53提供不仅表现在这整个光谱,但它也功能完全集成温度稳定和校准功能。集成合成器每通道体系结构提供了一流的相位噪声性能。这反过来使源和测量能力与优秀的误差向量幅度调制波形(维生素)的性能。

此外,UltraWaveMX53多才多艺,足以容纳任何生产环境。它在几个配置用于支持所有常见半导体插入(如WS,英尺,OTA)。同时,每一个配置为16个端口提供了两个完全独立的频道覆盖52.6 GHz的乐队。

当然,这解决了按上述引用的技术问题。但是经济学呢?

我们的UltraFLEX平台已经覆盖了。因为这交钥匙仪器能够四站点测试,它可以容纳四(4 x) dut /网站加速测试时间不牺牲严谨。这种并行测试功能是将生产转移到商业规模的重要因素。

结论

毫不夸张地说,5 g无线通信中预示着一个新时代,尤其是mmWave技术的部署。这种独特的5 g标准打开了新的应用程序,这将燃料消费者和企业需求。我们的新产品,UltraWave MX535 g,补充我们的产品组合、UltraWaveMX8 MX20e, MX44e。

然而mmWave还将对半导体生态系统产生深远的影响,尤其是因为它带来了新挑战像更好的测试和校准的必要性。设备制造商必须意识到这些挑战,制定测试策略能够达到技术和经济目标。迭代的方法来开发这个测试策略是明智的在这个早期阶段,但是有一件事是肯定的:任何战略的核心是一个合作伙伴可以信任和交钥匙解决方案,提供测试与最先进的性能成本。

从我们的设备,我们的专业知识,Teradyne是不可分割的一部分,全球供应商的测试策略正在积极努力mmWave技术商业化。因此,我们也在进化。我们贡献mmWave商业化过程是适应每一个半导体转变生态系统和我们的支持服务,包括申请援助,设备接口解决方案,工程服务和软件服务在商业化过程以确保成功。

罗德里戈Carrillo-Ramirez有20多年的经验设计毫米波的解决方案,首先模拟设备和目前Teradyne毫米波工程经理。他拥有博士和m . s .学位从大学电气和计算机工程的马萨诸塞州阿姆赫斯特以及电气和机械工程学士学位从墨西哥国立大学。