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胡说 | 5G基站关键芯片测试技术

发布日期:2020-02-13

概述

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Hi,大家好!我是派格测控宣传委员——老胡。

5G基站中RF前端是影响5G信号收发的最重要的关键部件,由于技术复杂难度高,这部分基本上被国外最顶尖的公司垄断。国内有许多初创公司正在加紧在这块投入研发,已经有不少公司成功研发了部分RF前端的芯片。派格测控同样在这块投入很大,前不久推出的PGT-X系列RFFEM测试机就是针对这类RF前端芯片设计的。这一期《胡说》就由老胡来给大家介绍一我们在5G基站关键芯测试中应用到的相关技术


测试项目介绍

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P1dB项目

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先给大家介绍一下P1dB项目,这个项目在功率放大器上是必测项目。

什么是P1dB?

我们一般称之为1dB压缩点,它表征的是一个功率放大器的饱和功率,也就是指输入功率上升而输出功率不再相应上升的情况。假设我们有个放大器,增益是20dB,我们如果输入5dBm,那输出应该是25dBm,然而,我们发现实际上输出只能达到24dBm,即这个位置就是我们要的1dB压缩点。下图形象清晰地描述出了P1dB的概念:

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这个值应该如何测?

目前比较普遍的量产测试方法有两种:

点测

抽一个线性点,测出放大器的正常增益,然后再测一个极限点的增益,如果这个极限点的增益小于之前线性点的增益1dB,就说明这个功率放大器不合格,反之则为合格;

扫描

用RFFEM的RF模块扫描出上面图片的曲线。

两种方式,第一种比较适合产测,因为这种方法测试速度快;而第二种方法获得的曲线数据全面,设计师可以根据量产得来的曲线做进一步的设计改进,具有战略价值。我们的RFFEM测试机应对这两种方法都有经过优化的现成算法,扫描方法仅需百毫秒的量级而点测法更快。

02

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常见测项——IP3

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此项目有时测IIP3,有时测OIP3,无论是哪种,一般我们称它为三阶交调。IIP3是输入三阶交调,而OIP3是输出三阶交调。它主要表征的是这个模块的非线性,一般这个值越大,线性特性越好。此项目在射频前端模块的测试中也很常见,功率放大器和射频开关都需要测这个指标。

此项目如何测试?

先给大家解释下IP3,请看下图:

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以功率放大器为例,横坐标是输入值,纵坐标是输出值。IP3是三阶交调点,它对应的横坐标就是IIP3,对应的纵坐标就是OIP3。

图中蓝色的线是功率放大器的增益曲线,输入每上升1dB,输出就上升1dB,一直到饱和功率,曲线开始向下走,这与我们理解的一致。绿色线是二阶交调,代表的是这个放大器中,输入值每上升1dB,它可以上升2dB的分量。红色线是三阶交调,它所代表的值,是输入每上升1dB,它会上升3dB的分量。无论是二阶交调还是三阶交调,它们在功率放大器的线性工作区域都显得幅值不大,但是它们在功率慢慢变大的过程中变大的非常厉害,尤其是三阶交调,当功率放大器在较大的功率上工作时,三阶交调的非线性影响还是较大的。

如上图所示,当输入值是0dBm时,输入是15dBm左右,而三阶交调的“假”信号已经达到了-15dBm。如果这个信号的中心频率离我们的信号很远还好,但令人烦恼的是三阶交调的信号经常会离我们的中心频率很近,从而影响我们信号的质量。请看下图:

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假如我们发的信号是个双音的信号,三阶信号会直接出现在我们信号的边上,间隔和我们的双音信号相当。事实上,我们目前的大部分通信信号都不会是单音信号,多少都会有一定的带宽,因此免不了产生三阶信号而干扰我们的通信,所以这个指标非常重要。

了解了它的形成和它的重要性,我们的测试方法也是很有针对性的。针对我们需要工作的频段,用RFFEM Test System发出两个等幅的单音信号通过功率放大器,务必保证这个双音信号的幅度在功率放大器的线性工作区域内,然后再通过测试机的接收通道接收下来。用f2的幅度去减2f1-f2的幅度,除以2,再加上f1的幅度,结果就是OIP3的值。因为f1和f2是等幅的,用f1的幅度减2f2-f1的幅度,除以2,再加上f2的幅度,也可以得到OIP3的值。利用RFFEM测试机的现成测试模块,这项功能经过优化设计,非常稳定可靠。


总结

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中国的半导体行业正处在腾飞的风口,5G的来临更是一剂强心针。射频前端作为长期被国外垄断的技术,国人正尝试突破,在这个档口,我们也希望能够助力国内的发展,为射频前端模块的设计、生产和封测提供可靠稳定的测试设备,为国内的半导体测试行业添砖加瓦。

谢谢大家关注本期《胡说》,希望每期都能给您带来更多精彩!