眾所周知，目前全球采用兩種不同頻段部署5G網(wǎng)絡，即3GPP劃分的FR1頻段和FR2頻段，其中FR1頻段范圍為450MHz-6GHz，最大帶寬100MHz，被稱為Sub-6GHz頻段；FR2頻段范圍為24.25GHz-52.6GHz，最大帶寬400MHz，被稱為毫米波頻段，兩者共同組成了5G頻段。

圖片來源泰瑞達

5G改變了什么？

為了充分利用頻譜資源，5G在系統(tǒng)中引入了眾多針對新應用場景進行了高度優(yōu)化的技術，例如網(wǎng)絡切片、頻譜共享和共存、聚合帶寬高達1GHz的載波聚合、大規(guī)模MIMO和天線陣列系統(tǒng)、以及固定無線接入，小型基站和毫米波技術等等，這直接導致5G射頻前端模塊(RF FEM)所需要的功率放大器（PA）、濾波器(Filter)、開關(Switch)、低噪聲放大器(LNA)和天線調諧器(Tuner)的需求量倍增。此外，5G智能手機開發(fā)商還擔心RF器件的質量、散熱和能效問題，以及如何將所有這些RF模塊全部塞到一部5G手機里。

以大規(guī)模MIMO（Massive MIMO）技術為例，5G終端產(chǎn)品中的天線數(shù)量相比于4G終端成倍增加，終端設備中天線數(shù)量可能是32個、64個，在基站中可能會達到512、1024個。之所以使用大規(guī)模天線陣列，原因在于天線的輻射方向是通過設計固定的，通常很難控制或改變它，除非改變天線的幾何形狀。而在5G中，相控陣天線則使用波束成型技術來動態(tài)控制輻射方向，實現(xiàn)方式主要包括以下4種：

由多個天線在同一時間以同一頻率輻射而成。

輻射方向由每個天線單元波的矢量疊加

相控陣可以通過控制陣列中每個天線單元的相位來控制其輻射方向

天線單元越多，天線孔徑越大，主瓣增益越大，波束越窄

同時，這也使得天線封裝技術AiP(antenna-in-package)逐漸受到重視。Yole Development的數(shù)據(jù)顯示，AiP模組于2019年開始產(chǎn)生銷售，預計到2025 年市場空間將達到13億美元，年均復合增長率為68%。

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再以高通最新發(fā)布的第4代高通毫米波天線模組為例，該模組支持比前代產(chǎn)品更高的發(fā)射功率，支持包括n259(41GHz)新頻段在內的全球所有毫米波頻段，但卻同時保持了與前代產(chǎn)品一樣緊湊的占板面積。

另一個特別值得關注的，是毫米波技術的引入。

由于采用了毫米波頻段和正交頻分復用(OFDM)波形，再加上新興的先進傳輸方法，使得5G新無線(NR)的空中接口不但與以往幾代的移動通信完全不同，也使得毫米波芯片結構更加復雜，涵蓋基帶、DAC/ADC、IF、波束成形、不同的射頻前端、天線等多個復雜組件。數(shù)據(jù)顯示，2020年之后，5G手機上僅與毫米波相關的IC數(shù)量就達到了9-15顆，而為了支持10Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，手機中還增加了貼片天線陣列。因此，對測試工程師來說，他們面對的挑戰(zhàn)注定非比尋常。

這意味著，為達到 0 DPPM的質量水準，測試人員不但要控制質量風險，還需要進行更多功能測試，包括增加prober和模組端的功能測試、可以檢測由于上游模組質量或者裝配導致的故障、面對5G的豐富應用場景，提供多樣化的測試用例、以及進行特性測試用以揭示失效機制。

毫米波頻段測試的重要技術

5G毫米波手機架構由基帶芯片、中頻芯片和毫米波射頻芯片組成。三者配合完成基帶信號到中頻再到毫米波的轉化，中頻芯片的頻率范圍一般在6-15GHz，毫米波芯片一般工作在24.25-52.6GHz的毫米波頻段。

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毫米波中頻和射頻芯片的測試項目，和典型RF收發(fā)器(transceiver)芯片類似，主要的測試項目仍然是線性度和靈敏度以及直流/DFT(BIST/Scan)等。

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在傳統(tǒng)的3G、4G測試中，芯片中的多個測試端口都是通過射頻線纜與測試儀表接口連接開展RF測試。然而在5G測試中，不但出現(xiàn)了大規(guī)模天線陣列，而且天線和芯片通過封裝已經(jīng)合成一體，測試時無法直接接觸到模組里的每一個器件。此外，測試對象也不僅是天線，而是整個系統(tǒng)，由于天線和射頻器件增多，測試空間日漸狹小，使得業(yè)界開始紛紛嘗試OTA(Over The Air)測試。

OTA測試也被稱作“空口測試”。眾所周知，天線是信號到自由空間的轉換器和接口，大天線封裝孔徑一般大于1/2波長，小天線一般小于1/2波長。由于電磁場的特性與天線的距離密切相關，所以天線測試一般又分為近場測試和遠場測試。進一步細分的話，場區(qū)又會被分為“反應區(qū)”和“輻射區(qū)”，反應區(qū)里電場和磁場的能量最強，電磁波相對較弱；遠場基本是真正意義上的電磁波輻射了，輻射形式不會隨著距離改變，它在大氣中以3億米/秒的速度傳播, 兩者之間被稱之為“過渡區(qū)”。

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實驗室中毫米波的測試需要在吸波暗室中進行, 測試設備主要包括RF測試設備和吸波暗室，前者主要包括信號發(fā)生器，頻譜儀和矢量分析儀等，暗室使用CATR(緊湊場)還是DFF(直接遠場)一般根據(jù)波長來決定。此外，實驗室一般還會進行波束成型測試和溫度測試。泰瑞達旗下的LitePoint儀表可以為毫米波測試提供完整測試方案。

而如果走出實驗室，面對UE(用戶設備)的制造測試時，流程將主要包括以下三部分：

1.SMT PCBA的校準和測試；

2.毫米波模組的校準和測試；

3.最終成品的測試驗證。

但顯然，真正待測的5G設備不會只有區(qū)區(qū)幾臺，未來幾年內將有數(shù)十億臺5G設備面世，這就使蜂窩無線設備的大批量生產(chǎn)測試比以往更加復雜，如果不精打細算，無線測試的成本將會進一步提升。因此，5G毫米波芯片在量產(chǎn)中的測試策略，主要包括如下流程：

1. 晶圓測試：需要使用到ATE和探針臺。主要包括CW毫米波功能測試，DC/Digital/BIST和5G RAN三溫測試等。主要目的是在早期階段驗證芯片性能，最大限度幫助提高良率；

2. 天線封裝模塊測試（AiP 或 AoB）：主要包括毫米波天線的X-RAY檢測，AiP和AoB天線的裝配良率測試和不同頻帶的多單元測試。要求毫米波天線裝配0 DPPM。

3. OTA模塊連接測試：需要使用到ATE Handler。OTA模塊的測試需要高質量的Socket來滿足毫米波的測試需求。主要包括偶極子天線和貼片天線的連通性測試，有限的功能測試和多單元測試。要求保證毫米波天線輻射性能0 DPPM。

4. OTA模塊功能測試：需要使用到OTA的Socket或者屏蔽盒。主要包括OTA遠場或近場測試，完全的功能測試，遠場的波束成型測試（驗證corner芯片的遠場性能），5G RAN的多單元和三溫測試。保證了毫米波模塊的功能指標0 DPPM。

5. 系統(tǒng)板上OTA測試：屬于系統(tǒng)級測試。需要OTA遠場測試，完全的功能測試，波束成型和多單元測試，這一環(huán)節(jié)中可以寫入校準參數(shù)。保證了毫米波模塊和天線的整體性能達標。

6. 最終成品OTA測試：也是系統(tǒng)級的測試。需要進行遠場測試，完全功能測試，所有載波單元的EVM測試，波束成型校準，載波聚合測試 和5G RAN的多單元和三溫測試。保證毫米波和天線的整體性能，寫入最終的校準參數(shù)，確保0 RMA。

其中，CP測試、OTA連通測試和最終成品OTA測試，是大規(guī)模量產(chǎn)中必須包含的。泰瑞達的UltraFlex 毫米波板卡和LitePoint IQgig5G在不同的測試階段可以提供相應的毫米波測試解決方案。

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泰瑞達提供的UltraWaveMX44和UltraWaveMX20板卡只需使用測試設備中的單個插槽，可以基于安裝基數(shù)很龐大的UltraWave24測試系統(tǒng)實現(xiàn)升級。進行升級時也無需調整系統(tǒng)配置，因此可實現(xiàn)利用同一個測試系統(tǒng)完成對4G和5G毫米波芯片的測試，從而能夠將新興毫米波應用的半導體器件更快推向市場。

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結語

5G，尤其是毫米波時代的來臨，正在改變傳統(tǒng)的芯片測試場景。它要求ATE機臺既要具備從OTA測試、天線陣列測試到覆蓋Sub-6GHz和毫米波全頻段的測試能力，又對上市時間、測試成本和測試指標提出了更嚴苛的標準。作為全球領先的測試廠商，泰瑞達正與生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴一起，針對5G無線標準最新設備的特性分析和量產(chǎn)測試，打造全面解決方案。