5G小基站将大量部署，如何面对芯片的量产测试挑战

电子发烧友网报道（文/周凯扬）从2019年5G正式商用开始，5G宏基站基本已经实现了室外的大规模信号覆盖。与此同时，室内的信号覆盖需求也在不断增长，5G小基站作为室内覆盖或深度覆盖的一种解决方案。而射频芯片作为小基站的重要组成部分，在测试上也因此面临着不小的挑战。4月20日，在由电子发烧友网举办的2022第三届5G技术创新研讨会上，爱德万测试技术经理孙佳焱为大家了分享了《5G小基站将大量部署，如何面对芯片的量产测试挑战》。
 
什么是5G小基站？
 
在5G的基站部署中，宏基站的进展最为迅速，其发射功率可以达到45dBm，主要用于范围两百米以上高用户密度的5G信号覆盖，这也是目前实现户外大范围覆盖的常用方案。而覆盖范围较小，但功耗低、部署成本低、部署难度低的微基站、皮基站和飞基站组成了补全室内5G覆盖的方案。这三者也被统称为小基站，主要部署在机场、高铁站、商场、咖啡店等室内场景。
 

5G基站分类 / 爱德万测试

 
在中国最先部署5G宏基站，小基站的部署接踵而至。由于5G的频率要高于4G，所以小基站必须要大规模部署才能实现更好的室内覆盖率。5G小基站的数量应该做到5G宏基站的两倍。5G小基站已经从2021年开始部署，预计2024年达到峰值，届时总数将达到9.6亿。
 
此外，小基站的架构也在由慢慢从软硬件一体化转向智能和开放的分布式结构，主要由3GPP、小基站论坛和O-RAN联盟来进行定义。目前国内的运营商也在探索这些开放式的架构，预计2024年一半以上的小基站都会基于开放RAN接口，2026年这个占比将会达到77%。
 
5G射频芯片的大规模量产测试挑战
 
然而小基站射频芯片大规模的量产中，却面临着来自软件和硬件层面上的挑战。软件层面上测试系统要能够产生和分析5G NR的波形信号。硬件层面上，5G射频频率已经达到650MHz到7.125GHz，射频带宽也超过200MHz，EVM和相位噪声指标也对芯片提出了高性能要求。
 

5G射频芯片大规模量产面临的挑战 / 爱德万测试

 
此外，现在的射频芯片一般都具备高速数字I/O接口，比如JESD 204B和JESD 204C等。取决于单个收发器芯片中的发射器与接收器数量，也分为2T2R、4T4R等多种配置，因此在诸多射频端口下，测试的效率也必须提高。除了软硬件的测试需求外，还需要一个综合的测试方案，用以解决晶圆和封装后的射频测试。
 
爱德万V93000提供的测试解决方案
 

V93000 EXA Scale兼容的板卡 / 爱德万测试

 
爱德万V93000最新的测试平台为V93000 EXA Scale，一个为AI时代准备的高性能测试平台。针对最新的EXA Scale平台，爱德万测试推出了全新的数字板卡Pin Scale 5000、DC板卡DC Scale XPS256，均提供了极高的Pin密度。射频板卡中，爱德万测试的Wave Scale RF6/8与RF18覆盖了从6GHz到18GHz的频率，也有Wave Scale Millimeter这样覆盖25GHz到70GHz毫米波频段的射频板卡。
 

5G小基站的测试资源 / 爱德万测试

 
针对上文提到的射频频率和带宽挑战，爱德万测试的Wave Scale RF可以满足其硬件要求，其频率范围在10MHz到8GHz之间，拥有200MHz的带宽。面对200MHz的带宽，Wave Scale RF可单次采集，如果想分析更宽的带宽，也可以通过多次采集的手段完成相关测试。
 
孙佳焱还指出，由于5G小基站的射频收发芯片集成了PLL锁相环，为TX/RX提供了低噪声的本振信号，所以也需要对这个信号进行射频指标的测试，比如频率和相位噪声等。而爱德万测试的Wave Scale RF和高精度的Wave Scale PS可以满足这一测试需求，如果追求更高的指标，也可以采用相关方法，用两个射频通道测量同样的信号，从而降低测试仪噪声对测试结果造成的影响。
 

V93000晶圆射频测试方案 / 爱德万测试

 
在综合测试中，需要利用探针直接搭到晶圆上进行测试，如此一来对信号的屏蔽和信号完整性要求特别高。爱德万V93000也提供了先进的量产方案，从测试机配置来看，晶圆测试和成品测试可以使用同一台机器。其次V93000提供了direct probe的晶圆测试方案，与传统的转接方案不同，direct probe可以减少中间信号的转接，信号路径更短，更有利于改善信号的质量、提高信号完整性。
 
孙佳焱表示，未来几年内，小基站的数量将会飞速增长，开放式的白盒小基站架构也会成为主流。小基站中关键的射频收发器芯片也会采用更加通用化的结构设计，射频性能指标更高拥有更多射频端口等，会为大规模量产测试提出不小的挑战，而爱德万V93000可以为完整的5G频谱提供优秀的测试方案。