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2024/1/31 13:36

直面5G毫米波芯片的量产测试

爱集微  

目前,我国的5G部署主要为Sub-6GHz频段,伴随着5G渗透率的进一步提高以及应用场景的快速拓展,用户对于5G的需求已经开始向着更加细分的领域拓展,未来将逐渐从Sub-6GHz低频转向低频和毫米波并重的模式。毫米波频段带宽资源丰富,可以极大提高通信速率,从而实现5G的最优体验。作为5G毫米设备的核心部件—毫米波芯片,大都集成了天线,并采用先进的AiP封装技术,对频率、带宽、以及OTA(空口)等指标有很高的要求。

什么是5G毫米波芯片?

5G毫米波的应用场景和部署情况

5GNR 的频段总体上分为两个频率范围,FR1(Frequency Range1) 和 FR2(Frequency Range2) , FR1 的频率范围是410MHz 到7.125GHz, 现在大量部署的5G场景主要在这个频段。FR2的频率范围是24.25GHz 到52.6GHz,主要应用在高速率,低时延的场景,比如:4K/8K超高清的视频和监控, 人员密集的交通枢纽/大型体育场馆,最后一公里光纤回传,对数据传输速率要求很高的AR/VR,以及对时延要求很高的智能工厂,智能交通等。

5G毫米波应用场景

从5G毫米波部署的情况来看,目前美国,日本,韩国已经实现了商用,我国还没有正式部署,现处在试运行阶段,工信部在2017年7月批准了毫米波的试验频段,24.75GHz 到27.5GHz, 37GHz到42.5GHz,并且已经分几个阶段逐步推进毫米波的试验工作:

2019年,验证5G毫米波关键技术和系统特性;

2020年,验证5G毫米波基站和终端的功能和互联;

2021年,验证典型的场景;

2022年,北京冬奥会试运行,中国联通部署在北京越野滑雪中心的5G毫米波基站,成功的实现了4K/8K/VR ,以及多机位的超级直播,达到了超过4Gbps 的超高速下载速率。

另外,我国在政策方面,也出台了多部毫米波相关政策:2022年8月工信部发文将分阶段出台5G毫米波频段使用规划,2023年1月工信部发布《关于微波通信系统频率使用规划调整及无线电管理有关事项的通知》,这些政策也将加速5G毫米波在我国的正式部署。

5G毫米波的技术特点和芯片结构

5G毫米波的技术特点

5GNR FR2毫米波与5GNR FR1的主要区别有几点:

频率高,达到了52.6GHz;

带宽大,单载波带宽达到了400MHz,最大带宽在2GHz以上,这意味着5G毫米波数据传输速度更快,比如,下载速度通常是5GNR FR1的8倍,4G的40倍;

时隙长度短, 最小时隙为0.125mS,时隙越短也就意味着网络时延越小,所以5G毫米波的时延可以小于1mS,从而实现5G对工业互联网,车辆网等高可靠低时延场景的需求。

5G毫米波芯片结构 (source: ADI)

5G毫米波AiP模组 (source: ASE, System Plus Consulting)

从5G毫米波芯片的结构来看,图2是毫米波芯片结构框图,最左边是基带芯片,它负责信号和协议的处理,主要功能是把传输的数据根据不同的网络制式,翻译成基带信号,基带芯片一般都有模拟IQ或者高速数字接口;中间是中频(IF)收发芯片,它的作用是把基带信号搬移到一个频率比较高的中频(IF)的频率,最右边的芯片是毫米波中频(IF)收发芯片,毫米波前端芯片以及天线整列,这些芯片通常合在一起的称为毫米波模组,采用AiP 封装技术,实现天线和射频元件的整合单一封装。目前越来越多的5G毫米波器件,都采用AiP天线封装技术来减少系统的尺寸和成本,也提高射频(RF)性能。

5G 毫米波芯片的量产测试挑战

总的来说,5G毫米波芯片的量产测试挑战有几点:

更高的频率,更大的带宽,5G 毫米波频率达到52.6GHz, 单载波带宽最大400MHz, 最大带宽在2G以上, 这对测试系统的频率和带宽提出了很高的要求。

5G 毫米波的芯片是多样的,有基带芯片,中频芯片,毫米波中频芯片,毫米波前端芯片等,这些芯片接口种类多,尤其是毫米波端口多, 这就需要测试系统针对不同的需求,有不同的测试资源进行覆盖,测试系统的毫米波端口也可以根据芯片的端口数进行灵活的配置。

采用AiP 封装的毫米波模组也对测试提出了更高的要求,它不同于传统的传导测试, OTA 空口测试通常射频链路的损耗更大,需要一些特殊的测试用例。

V93000测试方案

V93000 全系列射频板卡满足5G毫米波芯片对频率和带宽的要求,以及不同结构芯片的测试需求

爱德万测试提供了完整的OTA特性评估(characterization)和5G AiP模组量产测试的一站式解决方案

爱德万测试提供了完整的OTA特性评估(characterization)和5G AiP模组量产测试的一站式解决方案,包含了具有毫米波功能的V93000测试系统,芯片测试板和测试插座设计、OTA测量天线和Handler集成,此外,爱德万测试也提供测试程序的开发和测试数据的相关性验证,并且可以对OTA测试单元的所有组件进行优化,以最大限度地提高性能并最大限度地降低测试成本。

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