国产芯片自动测试系统射频测试模块设计

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摘要：针对当前射频芯片性能不断增强和应用日益广泛的现状，同时为了满足 5G射频芯片测试需求，结合当前国际先进芯片自动测试技术，重点对国产芯片自动测试系统射频测试模块开展设计;通过对当前市场常用射频芯片以及5G 射频芯片测试需求研究，通过采用小型化设计优化矢量信号收发模块的性能;为解决测试频率不断升高带来的问题，设计中采用模块化变频设计来拓展芯片测试频率范围;同时设计4 个射频信号通道，每个通道具有 4 个射频端口，最大能够对 16个被测件进行测试，显著提高芯片测试效率;该系统能够完成 50 M～12 GHz矢量信号发射和分析，同时具有噪声系数测试，S参数测量，双音信号生成等功能。
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集成电路产业分为设计、制造、封装、测试 4个环节，集成电路测试技术是发展集成电路产业的三大支撑技术之一，因为它是保证集成电路性能和质量的关键环节。集成电路测试成本十分昂贵，高成本的测试技术制约了集成电路产业的发展。目前集成电路测试成本在整个产业成本中超过50%，未来甚至能超过 80%。以上现象最主要的原因是随着工作频率的不断提高，射频集成电路的测试成本不断增加。因此，为了促进集成电路测试技术快速发展，降低测试设备成本和缩短测试时间成为节约测试成本的主要途径。因此高效率射频集成电路测试系统和高性能射频集成电路测试设备研制成为集成电路产业升级的关键技术。
国外研究人员主要通过提高射频测试设备综合性能及性价比和采用高效率的自动化并行测试来节约射频芯片测试成本。在自动化并行测试设备设计中，尤其在芯片量产过程中采用的测试设备在性价比、功能覆盖度和功能匹配度等方面具有较高的需求。当前量产测试主要采用自动化测试设备 ATE（automatic test equipment）。业界比较知名的集成射频模块的 ATE测试系统有美国泰瑞达公司的ULTRAFLEX测试系统、日本爱德万公司的 T2000 及V93000 测试系统。而在提升射频测试仪器综合性能方面的代表有美国 NI公司发布的射频矢量收发仪系列模块为组成核心的芯片测试系统 STS。
9 r& V8 k3 A+ o9 i3 H1 a% `( `& R国内在芯片自动化测试系统这一领域基础较弱，多数自动化测试都基于国外引进测试设备开展研究。当前国内集成电路产业恰处于快速发展的机遇期，射频芯片测试需求和测试成本不断对测试设备提出新的要求。因此，国产射频芯片自动化测试系统开发成为促进产业发展的当务之急。本文重点开展国产射频芯片自动测试系统开发与设计。如图1 所示，国产芯片自动测试系统中包含模拟测试模块、数字测试模块、射频测试模块、时钟测试模块和电源管理测试模块等，测试中电源管理测试模块、数字测 试模块、时钟测试模块等配合射频测试模块对射频芯片及 综合性的多功能芯片进行自动化测试。
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$ A: Z* @! f/ F/ j本文主要针对50 M一12GHz国产芯片自动测试系统射频测试模块开展研究与设计。针对 WIFI、蓝牙等多款商用芯片的射频测试需求，并结合 5G通信技术协议中主要射频指标，本文中射频测试模块能够完成矢量信号收发、矢量信号频谱分析、双音信号产生、S参数测量，噪声系数测量等多种功能。这套自主研制系统覆盖当前和未来主流射频芯片的测试指标，并填补国内射频芯片自动测试模块设计的技术空白。
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$ [: u9 D8 L0 e( q, o$ y- `1、系统结构及原理
7 p/ u% f" W4 n  f2 C9 L) I射频测试模块可单独作为一个子系统进行设计，系统结构如图2 所示，该系统包含两个部分∶矢量信号收发模块、射频前端模块。每个部分都由两个相同的模块来构成整个系统，该系统具有 4个射频通道，16个射频测试端口。
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3 b; I9 N" @4 Y( s/ B3 H. p" L" O: [3 E从系统功能上来说∶
1）矢量信号收发模块∶在发射信号状态下，模块产生50 M-6GHz矢量信号并输出到后级，信号带宽最大为1 GHz;在接收信号状态下，模块对接收的 50 M-6 GHz矢量信号进行幅度和相位分析，信号带宽最大为 1 GHz。同时具备双音信号产生功能。
7 o2 H) m) v. L' S7 @  _2）射频前端模块∶射频前端模块由变频单元和射频开关单元构成。变频单元对矢量收发信号进行变频操作，实现50 MHz-12GHz 矢量信号生成和分析功能，矢量信号带宽最大为1GHz。射频开关单元主要由路径选择电路和增益调整电路构成，可以完成S参数测量、噪声系数测量等功能。射频单元包含16 路射频信号输入输出端口，各端口工作频率范围为 50 M～12 GHz，信号带宽最大为1 GHz。
射频前端模块可以根据未来芯片工作频段拓宽进行同步更新设计，可以直接将频率由6 GHz扩展至 18 GHz或更高的频率，因而使整个测试系统具有更好的扩展性，方便技术升级。
射频开关单元包含 4个射频通道，每个射频通道有 4 个射频端口，4个射频通道工作频率范围为 50 M～12 GHz，信号带宽最大为1 GHz。它主要由路径选择单元和增益调整单元构成，射频开关单元可以完成 S参数测量、噪声系数测量等功能。
综上，本系统具有矢量信号发生器、矢量信号分析仪、频谱分析仪、噪声系数分析仪、矢量网络分析仪的S参数测量等功能。能够完成 50 M～12 GHz 矢量信号收发、50 M～6GHz 双音信号产生、50 M～6 GHz的S参数测量，50 M～12 GHz噪声系数测量等，功能基本覆盖常用射频芯片的线性度、增益、输出功率、效率、反射系数、噪声系数等性能。
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架海梁心

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矢量信号收发模块，这个能干什么？
! A* j7 R& O+ M. C1GHz频率很高啊
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风吹过后

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射频前端模块∶射频前端模块由变频单元和射频开关单元构成，收发机是核心东西。最重要的