整體而言,5G的發展對設備制造商提出了更復雜的測試難題,從頻段的角度看,Sub-6G頻段經過多年的驗證、測試方案相對成熟,更嚴峻的挑戰則是測試在毫米波頻段上運行的5G組件和設備。

相較Sub-6G,毫米波的波長更短、衰減更大,為了維持同樣的信號覆蓋能力,毫米波設備需要采用陣列天線、如4x4或更多數量。毫米波天線尺寸變得更小,進一步推動了廠商將天線與射頻前端封裝在一起,并同步進行測試。NI觀察到,幾乎所有的射頻前端、天線廠商都在開發封裝天線(AiP,Antenna inPackage)產品,而AiP僅能通過OTA(Over the Air)測試,這是新的市場需求、極大地推動了業界重新思考和更換現有的測試技術,并對之優化以實現更快的信號處理、多頻段的運行、更高的通道數、OTA測量的可靠性和快速的執行等等。

當然,OTA測試并非新興事物,在其他領域已應用多年。那么OTA測試如何與5G結合?5G強大的“帶貨”能力(數以億計的終端設備出貨量)要求設備級測試時每DUT的OTA測試時間以分鐘為計算單位,半導體組件的測試時間則以秒計,因此必須為多站點并行生產測試找到一種新的可行性解決方案。

OTA測試不是孤立的測試步驟,涉及到晶圓、封裝IC和設備等不同層級的測試要求與解決方案。首先,晶圓層級的OTA探針方案已經能夠滿足毫米波射頻信號的需求。而在AiP IC層級,只有通過OTA測試才能確定其功能與性能。保守的測試方式一般是按順序逐個測試天線元件;但是,若廠商采用經過適當晶圓級測試的優質晶片,且封裝過程經過優化,那么在AiP封裝級別進行另一次全面的OTA測試則可能造成浪費。

為了最大限度地優化成本與縮短產品上市時間,另一種OTA測試方法則聚焦在測試具有波束成形功能的整個天線陣列、而非單個天線元件,以此獲知總的射頻性能。這種測試方法的挑戰在于發現晶粒與襯底之間的參數上的缺失(defect),以及判斷封裝內的天線質量。在初始生產階段,廠商可以選擇執行完整的參數化OTA測試,然后切換到測試子集以實現全量產。

最后,在圍繞AiP IC集成的更多組件、PCB和外殼的設備層級,也是難以逐個測試天線組件。因此,NI建議改變現有的設備測試順序,以納入OTA測量項目,進而完善整個流程的測試方案。

盡管OTA測試帶來了很大的優勢,但NI強調的是在提供測試方案給客戶的時候,怎么樣在同樣的測試設備中提供OTA測試的能力,而不是為了OTA測試,推薦給客戶不同的系統。

NI的解決方案是軟硬件并行的策略,例如針對5G測試,NI專門推出了Radio Head測試探頭,包括了放大、上下變頻、多埠切換等一系列功能,相當于將原本的臺式儀表擴展出來,但功率不會有任何損耗、甚至能夠提供更大的測試功率,使用者無需外掛切換器或校準等操作,即可實現multi-port的測試能力。同時,NI軟件定制測試平臺支持最新的5G NR物理層協定,其中包含測試寬NR分量載波或載波聚合信號所需的瞬時帶寬等測試技術。NI的高帶寬儀器還允許通過數字預失真技術對DUT進行相關的測試。此外,NI平臺還為多通道測量系統提供相位相干和時間對齊擴展,達成相位的高精準測量。