5G測試涉及的挑戰

介紹

即將大規模推出5G技術給PCB,網絡設備和電子設備的設計人員提出了新的艱鉅挑戰。 5G不僅代表著數據速率的提高,而且將是一次真正的革命,它將延遲時間縮短至1ms,並使用毫米波(mmWave)來支持更大的帶寬。 5G移動和網絡設備的PCB必須能夠同時管理更高的數字數據速率和更高的頻率,從而將混合信號設計推向極限。 5G應用還將為開發自動化測試設備(ATE)的工程師帶來各種新挑戰。與當前的4G移動網絡相比,5G的推出將迫使設計者重新考慮在移動設備,數據傳輸網絡和IoT基礎設施中使用的PCB的佈局。確保電路板上每個點的信號完整性是5G測試所面臨的最困難的挑戰之一。由於存在混合信號,因此有必要防止電路板的模擬部分和數字部分之間出現EMI,並驗證是否滿足FCC EMC要求。

5G功能對測試的影響

從4G到5G網絡的過渡不僅將大大提高數據傳輸速率和更大的帶寬可用性,而且還將引入旨在徹底改變我們生活許多方面的新功能。 5G網絡旨在提供10-20倍的更快數據速率(最高1 Gbps),流量最多增加1000倍,每平方公里的連接數最多增加10倍。延遲將非常低,約為1毫秒,比4G網絡的延遲低約十倍。低延遲對於實現具有實時行為的應用程序至關重要,例如虛擬現實和增強現實(VR / AR),機器對機器(M2M)通信系統和自動駕駛汽車基礎設施傳感器。

5G網絡將在比以前的移動技術更寬的頻率範圍內運行。用於移動設備和網絡設備的印刷電路將必須同時管理高速數字信號和高頻RF信號,從而將混合信號設計推向極限。儘管4G網絡使用600 MHz至5.925 GHz之間的頻率,但5G網絡將大大擴展其上限頻率,從而將自身推向毫米波(mmWave)頻段。每通道帶寬也是影響5G PCB和設備設計和測試的重要因素。在4G網絡中,每個通道的帶寬等於20 MHz(在IoT設備中限制為200 kHz),而在第五代移動網絡中,對於6 GHz以下的頻率,每個通道的帶寬等於100 MHz,對於頻率,則為400 MHz高於6 GHz。

專為5G應用設計的PCB將需要能夠在很高的頻率和數據速率下工作的模擬和數字組件,其可靠性和效率只有通過有效的散熱管理才能保證。因此,溫度監控是評估PCB或設備正確行為的另一個相關因素。

5G設備測試

5G技術提出的性能要求將在集成電路,片上系統(SoC),PCB,移動設備和網絡設備的測試中帶來前所未有的挑戰。大多數5G NR(新無線電)安裝將使用3.5 GHz頻率和28 GHz至29 GHz頻率範圍。這兩個頻率範圍對於蜂窩網絡來說都是新的,將需要對無線電接入技術進行架構更改和修改。要實現更大的網絡容量和更高的傳輸數據速率,將需要使用先進的技術,例如大規模MIMO(多輸入/多輸出)和波束成形。

儘管仍處於部署的早期階段,但5G技術正在蓬勃發展,引發了有關如何以及以何種成本測試用於不同RF前端模塊架構和網絡設備的mmWave設備的緊迫問題。此外,毫米波信號實質上在視線方向上傳播,比6 GHz以下的頻段更容易受到大氣衰減的影響,因此需要執行能夠涵蓋所有操作場景的精確測試。支持諸如波束成形等高級功能的相控陣天線將受益於其小巧的尺寸,可以在同一PCB上安裝多個天線元件。主要挑戰將是減少天線與接收側的低噪聲放大器(LNA)之間以及功率放大器與發送側之間的寄生關係。還必須使用OTA(空中下載)技術在天線上測試是否滿足要求。毫米波的使用將給測試系統帶來新的挑戰。首先,有必要減小將測試硬件和冷卻系統與探頭環境分隔開的距離,以最小化在毫米波頻率下產生的特別高的功率損耗。此外,考慮到在某些情況下,只有在測試系統和DUT之間進行無線通信,帶集成天線的測試板和模塊將需要不同的方法。

ATE工具

隨著新一代移動技術的發展,所需合規性測試的複雜性呈指數級增長。 3GPP的版本14(已經包含一些5G之前的功能)指定了大約15,000個測試,版本15(部分5G)指定了300,000個測試,而版本16(完整的5G)將引入其他測試。隨著所需測試數量的增加,對自動測試系統的需求也增加了,該系統能夠支持高頻和高速且易於配置。自動化測試設備(ATE)對於確保5G網絡實施中使用的PCB,SoC或單個組件的正常運行至關重要。

ElevATE Semiconductor是一家領先的公司,提供世界一流的測試集成電路(IC),以解決業界最複雜的ATE挑戰。設計先進的芯片,ElevATE可提供最高密度,最低功耗的ATE解決方案。根據產品所基於的技術,ElevATE產品可以分為四個主要類別:

  • 集成引腳電子產品– ElevATE是低功耗,高密度集成引腳電子產品的市場領導者。這些產品採用純CMOS技術開發,使客戶能夠開發下一代高密度儀器,並提高並行性,從而降低成本並提高系統可靠性。
  • 集成的DPS產品–這些被測設備(DUT)電源解決方案包含多達8個獨立的DUT電源單元(DPS)。接口,控制和I / O是數字的,而所有模擬電路都在芯片內部。單個芯片能夠提供完整的DPS解決方案;
  • 集成的PMU / VI產品–參數測量單元和虛擬儀器可提供同類最佳的密度,每個芯片高達8個通道,電壓高達60V。 PMI和VI產品是對成本敏感的解決方案,可為多種應用提供電壓和電流源以及測量功能;
  • 集成的高壓產品–這些產品基於高度集成的雙通道寬電壓片上系統(SoC)引腳電子解決方案,結合了每個通道在自動通道上所需的所有模擬功能以及一些數字支持功能測驗設備。

在ElevATE產品組合解決方案中,有Venus 4(ISL55161),這是一種高度集成的SoC,集成了 雙通道400MHz / 800Mbps引腳電子差分驅動器和比較器,有源負載,定時去偏斜,PMU和DAC。可用於 SoC採用64引線10mm x 10mm TQFP,採用64引線9mmx9mm QFN封裝,在11V工作電壓下,Pdq≤500mW /通道。

金星4

圖1:金星4(ISL55161)

該SoC的框圖如圖2所示,特別適合諸如自動測試設備(ATE),儀器和ASIC驗證器之類的應用。

金星設計

圖2:金星4方框圖

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