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蜂巢式行動裝置製造測試大變革
使用多埠非信令測試解決方案,省時、省力又省錢

【作者: 安捷倫科技】   2013年02月27日 星期三

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概述

在2003年,全球蜂巢式行動裝置的出貨量約為5億個,每個裝置均具有1到2項無線功能,估計約需進行7億5千項無線功能測試。到2015年,蜂巢式行動裝置出貨量將可望突破30億個裝置。


然而,不同於2003年出貨的手機,這些新一代裝置平均具有6到8項無線功能,使得測試時間增加了28倍以上(約需執行210億項無線測試)。更重要的是,其中有很多LTE智慧型手機同時支援GSM、W-CDMA、cdma2000和其他增強標準。針對這些不同標準與頻段進行驗證測試,使得製造測試時間和成本急遽攀升。



圖一 :  這張示意圖顯示進行驗證時,信令與非信令測試之間的差異
圖一 :  這張示意圖顯示進行驗證時,信令與非信令測試之間的差異

在生產現代化蜂巢式裝置時,每一個裝置都必須通過驗證測試以及校驗,非常耗費時間。因此,這類測試流程已逐漸從傳統的信令測試,轉型成非信令測試,再進一步轉變成的快速序列非信令測試,並採用快速序列校驗技術。行動裝置製造商仍持續改良這些技術,以便用更快、更具成本效益的方式,完成裝置校驗。


由於測試工程師必須測試更多的標準與頻段,驗證測試的項目也急遽增加,進而提高了整體測試時間與成本。為了保持競爭力,硬體製造商正努力尋找可減少測試成本的方法,以提高其利潤。從信令測試轉移到非信令測試是一個可行的辦法,如此有助於降低生產行動裝置時,單一裝置的測試成本和測試設備成本。


許多晶片組製造商在測試模式中加入了非信令功能,以節省可觀的測試時間。為了善用這些新型晶片組的非信令功能,以便部署有效的測試計畫,測試工程師必須了解如何配置測試設備,以獲得最佳的測試結果。


主要問題

相較於信令測試,非信令測試可以更有效率地驗證行動電話(請見圖1)。然而,要落實非信令測試計畫相當具有挑戰性。非信令技術可分為兩大類:目前的非信令技術,以及新興的快速序列非信令技術。


早期執行非信令測試模式時,在開始測試發射器之前,待測裝置(DUT)必須先與合適的射頻下行鏈路(DL)信號(例如基地台或信令測試設備所送出的信號)同步。非信令測試設備必須能夠建立複雜的波形檔,以便模擬基地站的下行鏈路信號。


另外,在DL同步過程中必須在測試設備和晶片組之間進行協調,以便於傳輸信號並執行後續的量測。如果是採用早期的非信令和信令測試技術,執行每一項測試之前都需逐一設定DUT,並完成測試設備的擷取與量測設定,整個流程非常的耗時。


藉由使用快速序列非信令模式,製造商可大大減輕前述的負擔,因為透過裝置的程控介面就能執行所有控制和測試模式,因而減少了許多跟測試無關的負擔(請見圖2)。其效益如此顯著,因此晶片設計工程師現在都在晶片組中部署快速序列非信令測試模式。


解決方案

不過,採用非信令蜂巢測試計畫時,製造商需仰賴有效的測試解決方案來克服所面臨的種種挑戰,並以最快的速度,測試多種無線技術和頻段。測試解決方案須具備可因應未來需求的靈活測試架構,並且針對早期非信令測試模式和不斷變化的快速序列非信令測試模式進行最佳化。



圖二 :  主要的信令與非信令測試類別
圖二 :  主要的信令與非信令測試類別

另外還需要易於使用的測試開發工具,以便產生基於標準的DL測試波形和序列,以便在晶片組的DL信號同步過程中,以及後續在測試設備中傳輸信號以進行上行鏈路(UL)分析時,協調其間的運作。利用這些工具,工程師便可在最短時間內設計和部署新的非信令測試模式。


Agilent E6607B EXT無線通訊測試儀正是這樣的解決方案,讓測試工程師能立即執行下一代非信令測試(請見圖3)。這台綜合測試儀整合了向量信號分析儀、向量信號產生器、RF輸入/輸出硬體,以及創新的測試序列,其頻率範圍為10 MHz至3.8 GHz,調變輸出功率為-130至+10 dBm,而量測準確度則小於+/-0.35 dB(典型值)。


此外,它可與Agilent E6617A多埠轉接器(MPA)搭配運作,以便為測試工程師提供4埠或8埠的測試解決方案。


EXT可同步處理多種晶片組測試模式,它使用快速的量測和靈活的排序器技術,可加速對最新的無線裝置進行校驗和驗證。EXT的高速標準化量測和調變分析功能,是建構於經驗證的Agilent X系列量測演算法之上。


EXT並配備獨特的Sequence Studio軟體,讓工程師能輕而易舉地建立測試計畫,並減少測試程式開發作業,同時還可輕鬆產生複雜的測試波形。此外,安捷倫晶片組軟體套件含預設的控制和量測程序,更進一步縮短了測試時間。


EXT還具備許多重要特性,可全面支援非信令測試:


  • ‧ 可快速發展測試程序,因而簡化了各項作業,包括測試程式碼的產生和重複使用、量測關聯性比對和故障排除,以及例行量測作業的執行程序,讓工程師能更迅速地建立最完善的測試計畫


  • ‧ 如果使用安捷倫或晶片組廠商針對其特定晶片組開發的晶片組軟體,還可更快完成測試程式碼的開發


  • ‧ 透過靈活的測試排序器、快速的頻率與振幅切換能力,以及多信號擷取,飛快執行測試計畫


  • ‧ 具有測試多種無線格式的能力(包括新的和現有的),包括LTE、HSPA+、W-CDMA、CDMA2000、1XEV-DO、GSM、EDGE、Bluetooth等


  • ‧ 經過最佳化的低成本非信令測試測試架構,可降低初始資本投資


  • ‧ 配備可升級的高速雙核處理器,以及可隨著技術和測試模式演進而擴充的軟硬體,可保護設備投資並減少長期支出


  • ‧ 可靈活地與裝置內建的測試模式協力運作,並可在寬廣的頻率範圍內提供自動量測序列


  • ‧ 提供符合產業標準、可穩定重測的量測結果,進而提高第一次就通過的製造良率和量測信心




圖三 :  Agilent E6607B EXT無線通訊測試儀
圖三 :  Agilent E6607B EXT無線通訊測試儀

提高生產速度

非信令測試技術雖可以顯著節省製造測試的時間,但今天的行動裝置製造商需要更快速的測試方式,以便維持競爭力。藉由使用下列設備,製造商可透過多項技術增進生產線的測試速率:


  • ‧ 切換矩陣和多裝置測試夾具,可執行加載/卸載和有限的測試重疊


  • ‧ 專用的多埠轉接器可有效地利用昂貴的發射/接收(Tx/Rx)裝置,或是


  • ‧ 具有兩個Tx/Rx裝置的測試設備,可全面執行同步測試。



切換矩陣和多裝置測試夾具簡單易用,可提高操作人員的工作效率和測試設備的利用率。設計得宜的多埠轉接器,其功用和配備多裝置測試夾具的切換矩陣一樣,但提供更好的多埠準確度,以及靈活的並聯Rx測試能力。


多埠轉接器與高準確度的發射/接收測試儀搭配運作,讓製造商得以有效提高產量能力,又無需花費過多的資本支出。相較之下,具有雙Tx/Rx埠的測試設備可提供真正的並聯測試,但是測試成本會隨之增加。


雖然每種方法都有其優缺點,但採用多埠測試架構是節省測試時間和成本,最有效的方法。這也是MPA最顯而易見的優點。MPA配有8個Tx/Rx埠,可同時執行Rx測試和連續的Tx測試。8個Tx/Rx埠中,有4個用於全球導航衛星系統(GNSS)或FM接收器測試,支援+/- 0.25 dB的計量級準確度、即時的埠平衡能力,以及完整的信號路徑校驗和主動補償功能。


此外,它可針對分頻雙工(FDD)格式,同時進行Tx/Rx測試,並可完全整合EXT的排序功能。如果結合使用EXT和MPA,製造商可充分利用連接到Tx/Rx部分的測試埠,成本比增加其他的Tx/Rx儀器低了一半,不但可提高測試速率,同時還減少每埠佔用工作台的面積,並且顯著降低測試成本(請見圖4)。



圖四 :  EXT與MPA提供經濟實惠的多埠功能,讓您最多可測試4個雙天線或是8個單一天線。待測裝置數量愈多、每個裝置的測試速度就愈快。例如,測試一個裝置要花17.4秒,測試4個裝置的話,每個裝置只花7.5秒,速率提昇了57%。
圖四 :  EXT與MPA提供經濟實惠的多埠功能,讓您最多可測試4個雙天線或是8個單一天線。待測裝置數量愈多、每個裝置的測試速度就愈快。例如,測試一個裝置要花17.4秒,測試4個裝置的話,每個裝置只花7.5秒,速率提昇了57%。

加速開發測試計畫

簡化測試計畫的開發,是縮短製造時間、加速新產品上市的關鍵。因此,製造商須採用支援快速序列非信令測試模式,並提供最大裝置測試覆蓋範圍的測試設備,以便在驗證過程中進行靈活的序列測試。由於信令測試設備不提供序列測試,無法有效發揮快速序列非信令測試模式的優勢。新一代非信令測試儀可消除所有限制,包括頻段、蜂巢格式、通道、功率範圍,以及時槽等等。



圖五 :  Sequence Studio軟體可縮短進入量產時,發展與改善非信令測試計畫所需的時間
圖五 :  Sequence Studio軟體可縮短進入量產時,發展與改善非信令測試計畫所需的時間

如欲建立快速裝置調諧校驗或例行驗證程序(如內環功率控制)的非信令測試序列,方法之一是使用EXT專用的圖形化Sequence Studio軟體(請見圖5)。這套軟體可立即擷取並顯示裝置信號。如此一來,工程師可輕易拖放分析間隔欄與叢發時序,以便對非信令序列除錯。它還可自動產生 SCPI程式碼,以便自動執行指定的測試序列。


結語

雖然透過OTA信令存取RF參數是行之有年的行動電話驗證測試方法,但是成本相當高,而且測試時間極長。如果晶片組測試模式能夠支援非信令測試技術,則可顯著縮短測試時間。因此,無線晶片和手機製造商現在均採用非信令測試技術,以便在校驗和驗證行動裝置時,有效執行RF參數測試。此外,多埠功能進一步提高了生產線的測試速率。


隨著測試方法不斷改良,製造商可利用單機測試儀與相關的多埠功能,盡可能地降低成本。EXT和MPA的組合是理想的測試解決方案,可有效利用新的測試模式和預設的裝置測試序列。同時還支援並聯接收器和連續發射器測試。今天,許多行動裝置製造商都已經改用快速序列非信令和多埠測試架構,因此可實現縮短測試時間和降低成本的好處。


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