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輕鬆搞定11ac測試難題
用對的儀器 為研發與生產加分

【作者: 王岫晨】   2013年08月15日 星期四

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智慧手機與平板電腦市場的爆炸性成長,帶動了行動通訊模組採用各種不同無線通訊標準的需求。除了各種不同的行動通訊標準外,新一代的無線WiFi技術802.11ac,也正迅速地被廣泛使用於數據通訊的應用。為能符合這些功能需求,製造商迫切需要能夠快速並精確對最新無線技術標準執行量測,且同時盡量節省製造成本的儀器。


視訊與資料傳輸開啟新市場

使用者愈來愈習慣於透過手機來觀賞多媒體影片,羅德史瓦茲應用支援經理陳飛宇指出,視訊訊號的傳輸對使用者來說,是一翻兩瞪眼的。如果訊號不好,無法無縫銜接,就很容易遺失封包,導致視訊播放不順暢、斷斷續續的,對消費者來說就是個不好的使用經驗。


對於802.11ac或LTE等這類採用MIMO多重輸入輸出的設備來說,通訊品質非常重要,有相對高的品質,才能為這些廠商帶來豐厚的利潤。而這些通訊設備的品質,就得由量測廠商來把關,讓這些客戶的產品上市之後,都能保有最佳品質。


需具備哪些能力?

視訊應用開啟了大容量的無線傳輸需求,市場需要更快速、更穩定的通訊品質,然而頻寬卻是有限的。MIMO的出現,讓無線頻譜可以獲得更有效的利用,這對於諸如視訊傳輸這樣的應用來說,更有其商業價值。


陳飛宇說,802.11ac使用更多的空間串流傳輸技術,並採用MIMO天線,可提供最高達80MHz的資料傳輸頻寬,而透過通道聚合技術更可將資料通道總頻寬提高至160MHz。而由於802.11ac是建立在現有的802.11n基礎上,對於系統廠商來說,802.11ac更容易地從現有的無線網路和應用中進行過渡。


當然,對製造商和設計人員來說,802.11ac比802.11n更具挑戰性。他們不僅需要更大的頻寬、更多的設計影響,也面臨著重大的測試挑戰。目前11ac所需的測試條件,已經超過目前產線上WiFi測試儀器的能力。


究竟要滿足怎樣的測試條件,才能成為一台合格的802.11ac測試儀器呢?基本上,除了VSA(向量訊號分析儀)與VSG(向量訊號產生器)至少需達到80MHz的中頻頻寬,還必須完全支援11ac的MIMO強化,並改善11ac發射器測試的調變精確度。


11ac是無線通訊技術的重要演進。透過OFDM調變機制與更大的頻寬,讓更多行動應用成?可能。而11ac設備製造商,除了需充分理解這項技術特性之外,也必須確保測試設備能更精準地測試這些產品。


PXI扮演救世主

傳統半導體RF元件的測試,均需透過笨重且昂貴的ATE(自動化測試)設備來進行,過程耗時,且十分不經濟。面對這樣的問題,市場似乎需要更有彈性、更低成本、且維持高可靠度的新型態儀器設備。也因此,完全具備這些優勢的PXI模組化儀器,正好扮演了RF市場的救世主角色。


NI行銷經理郭皇志指出,事實上隨著近年來無線通訊市場的蓬勃發展,新一代RF元件諸如802.11ac的測試,早就成為相關廠商心中最大的隱憂,特別是傳統ATE儀器動輒高達數千萬元的購置成本,與接腳數過多的低彈性,讓測試過程所費不貲。


面對ATE設備成為測試過程中的痛,量測廠商以更具優勢的儀器來取代傳統ATE設備成為當務之急。而PXI模組化儀器的出現,也直接解決了困擾業者已久的測試問題。


郭皇志說,其實PXI儀器的優勢,早早就體現於測試市場之中。與ATE設備相較,PXI儀器的購置成本僅需ATE的十分之一,且具備高度彈性,不必像過去需以過多接腳的ATE設備來測試RF元件。這已經在RF測試市場造成很大的迴響。


事實上,PXI RF儀器的出現,適時填補了原本市場上所缺乏的低價格與低接腳儀器產品這個區塊,著實讓RF儀器採購人員笑顏大開。在這些優勢的催化下,PXI儀器未來在RF元件測試市場,勢必將持續奪下更高的佔有率。


當然,PXI RF儀器儘管已在RF測試市場穩佔一席之地,只不過高速數位訊號仍是PXI儀器的最大罩門,使得ATE設備在固有疆域還是站有穩定基礎,例如高速數位與高功率電源晶片等測試市場,仍由ATE所把持,PXI難越雷池。



圖一 : NI以其PXI模組化儀器的成本與彈性優勢前進RF測試市場
圖一 : NI以其PXI模組化儀器的成本與彈性優勢前進RF測試市場

手機整合11ac箭在弦上

由於智慧手機、平板裝置與智慧電視等應用需求不斷湧現,In-Stat預估到了2015年,全球對於11ac晶片的需求量,預計就將達到10億顆,也可了解11ac對於市場的影響力。


百佳泰認證服務處副理余霖騏認為,行動裝置整合WiFi已是主要趨勢。特別是新一代的高階智慧手機,支援11ac已是箭在弦上。只不過智慧手機畢竟電池容量有限,即使近年來智慧手機尺寸逐漸增大,對於電池容量的提升也有其侷限。這使得採用了MIMO技術的11ac,必須盡可能的提升能源效率才行。11ac所承諾的能源效率,就是11n的兩倍。這對於行動裝置內建11ac通訊功能,不論是採用單天線方案,或是走向多天線架構,都能為電池的續航力加分不少。


台灣羅德史瓦茲應用工程支援部經理林志龍指出,身為無線射頻量測的儀器廠商,最重要的是能同時滿足研發端的高階測試需求,與產線端的中階測試需求。畢竟這兩端對於測試速度、CP值與量產等需求截然不同。產線上講求效率,也就是單位時間需要測試完成更多產品,因此會需求CP值更高的中階儀器設備。至於研發端,重點在於新產品的推出,量測時間要短、項目要少,需求的就是高階的測試儀器。


規範嚴謹 儀器為研發後盾

11ac幾乎已經賭定成為下一代無線區域通訊的主流技術,各種相關應用紛紛積極支援11ac標準。只不過,由於11ac的規格制訂上,細節規範非常嚴謹,對於11ac的通訊設備生產商來說,要如何去符合WiFi聯盟所制訂出來的標準,確實已成為研發過程中最大的挑戰。


安立知資深應用工程師何信志例舉研發端的工程師為例,在11ac產品的早期開發階段,通常研發人員會採用晶片廠所提供的公板來進行開發升級,然而開發過程不僅要符合流程,也必須將這些公板的尺寸進一步縮小,這是研發過程所會面臨的主要問題。


何信志說,工程師必須在其原有的電路架構下,進行尺寸的微縮、繞線等工作,並滿足原有應用端需求。這樣的過程必須十分精確,不容誤差的出現。而從參考用的公板,到後續的自行開發,結果必須能符合原始設定的傳輸速率。而量測儀器所扮演的角色,就是讓研發人員知道最終的設計結果,與參考設計是否出現落差。


另外,也必須測試傳輸速率是否與晶片廠商的數據相符。藉由測試儀器可得知研發過程是否有做好匹配,以防止傳輸特性變差。而功耗與散熱等問題,也都必須在測試的過程中去找出來,才能提升最終產品的穩定性。特別是戶外的AP熱點,通常還需要加上功率放大器,這都會造成產品功耗的增加。


透過軟體 為儀器加值

除了硬體滿足各種不同階段的測試需求之外,軟體更是測試過程不可缺少的一環。特別是今日工程師無法花費過多的時間在於儀器使用的學習上,透過更有效率的軟體,與更人性化的介面,讓操作過程能更迅速簡便,加快測試速度,其實已經是測試儀器大廠對於客戶責無旁貸的任務。特別是對於通訊晶片大廠來說,由於晶片不斷推陳出新,與量測廠商的策略合作格外重要。


量測廠商必須先將晶片客戶研發端所需的測試項目,全都進行軟體自動化,來方便這些晶片廠商的測試與驗證過程。至於已經擁有硬體測試平台的客戶,更能直接透過軟體的升級,來擁有不同的測試能力,這已經是在追求高CP值的測試市場中,不可或缺的重要選項。


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