5Gテストに伴う課題

前書き

5Gテクノロジーの差し迫った大規模な展開は、PCB、ネットワーク機器、および一般的な電子デバイスの設計者に新しく困難な課題を課します。 5Gは、データレートの向上を表すだけでなく、遅延時間を最大1ミリ秒に短縮し、より広い帯域幅をサポートするためにミリ波(mmWave)を使用するという、真の革命となるでしょう。 5Gモバイルおよびネットワークデバイス用のPCBは、より高いデジタルデータレートとより高い周波数を同時に管理できる必要があり、ミックスドシグナルの設計を限界まで押し上げます。 5Gアプリケーションは、自動試験装置(ATE)を開発するエンジニアにとってもさまざまな新しい課題をもたらします。現在の4Gモバイルネットワークと比較すると、5Gの展開により、設計者はモバイルデバイス、データ伝送ネットワーク、およびIoTインフラストラクチャで使用されるPCBのレイアウトを再考する必要があります。ボード上のすべてのポイントでシグナルインテグリティを確保することは、5Gテストによって課せられる最も困難な課題の1つです。混合信号が存在するため、ボードのアナログセクションとデジタルセクションの間のEMIを防止し、FCCEMC要件が満たされていることを確認する必要があります。

テストに対する5G機能の影響

4Gネットワークから5Gネットワークへの移行により、データ転送速度が大幅に向上し、帯域幅の可用性が向上するだけでなく、私たちの生活の多くの側面を根本的に変える運命にある新機能も導入されます。 5Gネットワークは、10〜20倍高速なデータレート(最大1 Gbps)、最大1000倍のトラフィックの増加、および1平方キロメートルあたりの接続数の最大10倍の増加を提供することを目的としています。レイテンシーは非常に低く、1msのオーダーであり、4Gネットワークで得られるレイテンシーの約10分の1です。低遅延は、仮想現実と拡張現実(VR / AR)、マシンツーマシン(M2M)通信システム、自律型車両インフラストラクチャセンサーなどのリアルタイム動作を備えたアプリケーションの実装に不可欠です。

5Gネットワークは、以前のモバイルテクノロジーで利用可能だったよりもはるかに広い周波数範囲で動作します。モバイルデバイスやネットワーク機器向けのプリント回路は、高速デジタル信号と高周波RF信号を同時に管理する必要があり、ミックスドシグナルの設計を限界まで押し上げます。 4Gネットワークは600MHz〜5.925 GHzの周波数を使用しますが、5Gネットワークは周波数の上限を大幅に拡大し、ミリ波(mmWave)帯域に押し込みます。チャネルあたりの帯域幅も、5GPCBおよびデバイスの設計とテストに影響を与える重要な要素です。 4Gネットワークではチャネルあたりの帯域幅は20MHz(IoTデバイスでは200 kHzに制限)でしたが、第5世代のモバイルネットワークでは、チャネルあたりの帯域幅は6GHz未満の周波数では100MHz、周波数では400MHzになります。 6GHz以上。

5Gアプリケーション用に設計されたPCBには、非常に高い周波数とデータレートで動作できるアナログおよびデジタルコンポーネントが必要です。これらのコンポーネントの信頼性と効率は、効果的な熱管理によってのみ保証されます。したがって、温度監視は、PCBまたはデバイスの正しい動作を評価するためのもう1つの関連要素です。

5Gデバイスのテスト

5Gテクノロジーによって課せられるパフォーマンス要件は、集積回路、システムオンチップ(SoC)、PCB、モバイルデバイス、およびネットワーク機器のテストにおいて前例のない課題を生み出します。ほとんどの5GNR(新しい無線)のインストールでは、3.5GHzの周波数と28GHz〜29GHzの周波数範囲が使用されます。これらの周波数範囲はどちらもセルラーネットワークにとって新しいものであり、アーキテクチャの変更と無線アクセス技術の変更が必要になります。より大きなネットワーク容量とより高い伝送データレートを実現するには、大規模MIMO(多入力/多出力)やビームフォーミングなどの高度なテクノロジーを使用する必要があります。

まだ展開の初期段階にありますが、5Gテクノロジーは勢いを増しており、さまざまなRFフロントエンドモジュールアーキテクチャおよびネットワーク機器で使用されるミリ波デバイスをテストする方法とコストについて緊急の質問を投げかけています。さらに、ミリ波信号は基本的に見通し内方向に伝搬し、6 GHz未満の帯域よりも大気の減衰を受けやすいため、すべての運用シナリオをカバーできる正確なテストを実行する必要があります。ビームフォーミングなどの高度な機能をサポートするために必要なフェーズドアレイアンテナは、同じPCB上に複数のアンテナ要素を配置できるようにサイズが小さいという利点があります。主な課題は、アンテナと受信側の低雑音増幅器(LNA)の間、および送信側の電力増幅器との間の寄生容量を減らすことです。要件の充足も、OTA(Over-The-Air)技術を使用して、アンテナでテストする必要があります。ミリ波の使用は、テストシステムに新たな課題を生み出します。まず、ミリ波周波数で発生する特に高電力の損失を最小限に抑えるために、テストハードウェアと冷却システムをプローブ環境から分離する距離を短くする必要があります。さらに、アンテナが統合されたボードとモジュールのテストでは、テストシステムとDUT間の無線通信のみが可能な場合があることを念頭に置いて、別のアプローチが必要になります。

ATEツール

必要なコンプライアンステストの複雑さは、新世代のモバイルテクノロジーごとに指数関数的に増大しています。 3GPPのリリース14(5Gより前の機能がすでに含まれている)では約15,000のテストが指定され、リリース15(部分的な5G)では約300,000のテストが指定されましたが、リリース16(完全な5G)では追加のテストが導入されます。必要なテストの数が増えるにつれて、自動テストシステムの必要性が高まり、高周波数と高速をサポートでき、簡単に構成できます。自動試験装置(ATE)は、5Gネットワークの実装で使用されるPCB、SoC、または個々のコンポーネントの適切な機能を保証するために不可欠です。

ElevATE Semiconductorは、業界で最も複雑なATEの課題に対処する世界クラスのテスト集積回路(IC)を提供する大手企業です。最先端のチップを設計するElevATEは、利用可能な最高密度、最低電力のATEソリューションを提供します。 Elevate製品は、基盤となるテクノロジーに応じて、4つの主要なカテゴリに分類できます。

  • 統合ピンエレクトロニクス製品– ElevATEは、低電力、高密度の統合ピンエレクトロニクスのマーケットリーダーです。純粋なCMOSテクノロジーで開発されたこれらの製品により、お客様は、コストを削減し、システムの信頼性を向上させるために並列処理を強化した次世代の高密度機器を開発できます。
  • 統合DPS製品–これらのテスト対象デバイス(DUT)電源ソリューションには、最大8つの独立したDUT電源ユニット(DPS)が組み込まれています。インターフェイス、コントロール、およびI / Oはデジタルであり、すべてのアナログ回路はチップ内にあります。シングルチップで完全なDPSソリューションを提供できます。
  • 統合されたPMU / VI製品–パラメトリック測定ユニットと仮想計測器は、チップあたり最大8チャネル、最大60Vの電圧でクラス最高の密度を提供します。 PMIおよびVI製品は、幅広いアプリケーションに電圧および電流源と測定機能の両方を提供する、コストに敏感なソリューションです。
  • 統合された高電圧製品–高度に統合されたデュアルチャネルワイド電圧システムオンチップ(SoC)ピンエレクトロニクスソリューションに基づくこれらの製品は、自動化のためにチャネルごとに必要なすべてのアナログ機能といくつかのデジタルサポート機能を組み込んでいます試験装置。

ElevATEポートフォリオソリューションの中には、Venus 4(ISL55161)があります。これは、 デュアルチャネル400MHz / 800Mbpsピンエレクトロニクス差動ドライバおよびコンパレータ、アクティブ負荷、タイミングデスキュー、PMUおよびDAC。で利用可能 64リード10mmx 10mmTQFPおよび64リード9mmx9mmQFNパッケージで、SoCはPdq≤500mW/チャネル@ 11V動作を特長としています。

金星4

図1:金星4(ISL55161)

ブロック図を図2に示すSoCは、自動試験装置(ATE)、計装、ASICベリファイアなどのアプリケーションに特に適しています。

金星のデザイン

図2:金星4のブロック図