CN104764947A - 在ate载荷板上用于rf智能自匹配的集成rf mems - Google Patents

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Abstract

本申请涉及在ATE载荷板上用于RF智能自匹配的集成RF MEMS。一种在测试设备中用于实现自动RF端口测试的方法，该方法包括：将具有多个RF引脚的被测设备附接到载荷板；将所述载荷板的多个RF端口动态调谐到所述多个RF引脚；以及针对阻抗将所述多个RF端口自动匹配到所述多个RF引脚。该方法进一步包括在所述被测设备上实现RF端口测试过程。

Description

在ATE载荷板上用于RF智能自匹配的集成RF MEMS
技术领域
本发明一般涉及计算机系统测试设备。
背景技术
RF设备持续保持具有多带、多标准以及经常在单个设备上具有多于20个RF端口的高度集成化。当前使用传统手动方式来匹配这样的设备所需的时间可能是两周或三周。将此与今天的ATE大规模并行测试能力(x4、x8、甚至x16)相结合，适当地匹配遍及多个站点的大约80个或更多的RF端口所需的时间能够轻松地超过几周。
RF匹配在过去的几十年中基本保持不变。工程师通常采用将各个LC组件放置或转移到载荷板上的反复的、手动的、时间密集的方式。在每次反复后，采用VNA来测量新的匹配。重复该过程直到找到最佳匹配(通常接近50欧姆)。该方法完全不能缩放以实现满足现代工业生产过程的需求。
因此存在对于下一代自动化高速测试的需求。还存在对于能够提供空前的测试时间和测试成本降低的技术的需求。
发明内容
在测试设备中，一种用于实现自动RF端口测试的方法，该方法包括：将具有多个RF引脚的被测设备附接到载荷板；将所述载荷板的多个RF端口动态调谐到所述多个RF引脚；以及针对阻抗将所述多个RF端口自动匹配到所述多个RF引脚。该方法进一步包括在所述被测设备上实现RF端口测试过程。
在一个实施例中，所述测试设备包括RF电子设备。 
在一个实施例中，多个RF电子设备被同时测试。
在一个实施例中，所述载荷板进一步包括RF MEMS阻抗匹配设备。
在一个实施例中，其中所述多个RF端口的所述动态调谐是软件控制和配置的。
在一个实施例中，所述载荷板进一步包括具有可调谐阻抗匹配电路的RF MEMS阻抗匹配设备。
在一个实施例中，所述载荷板进一步包括以CMOS RF MEMS阻抗匹配结构实现的可编程电容元件。
在一个实施例中，本发明被实现为一种具有计算机可读代码的非暂态计算机可读存储器，所述代码在由计算机系统执行时使得所述计算机系统实现一种用于实现自动RF端口测试的方法，所述方法包括：将具有多个RF引脚的被测设备附接到载荷板；将所述载荷板的多个RF端口动态调谐到所述多个RF引脚；以及针对阻抗将所述多个RF端口自动匹配到所述多个RF引脚。所述方法进一步包括在所述被测设备上实现RF端口测试过程。
以上是一个总结，因此不可避免地包括细节的简化、一般化以及省略；因此，本领域的技术人员将会理解该总结只是示意性的，并且不意为以任何方式来进行限制。如权利要求所唯一限定的那样，本发明的其他方面、创造性特征、以及优势将在下面给出的非限制性具体描述中明显示出。
附图说明
本发明以附图中的示例的方式进行说明，而不是以限制的方式进行说明，在附图中，相似标号指示相似元件。
图1示出了说明本发明的实施例所使用的无线标准的速度/距离覆盖的图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的RF MEMS电路的功能框图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的RF MEMS电路设备的原理框图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的标准化目标电容的表征结果 图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的集成到长板上的RF MEMS设备的图。
图6示出了根据一个实施例的示例性计算机系统600。
具体实施方式
现在详细参照本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。虽然本发明将结合这些优选实施例来进行描述，但应该理解的是，他们不意为将本发明限制在这些实施例。相反，本发明意为覆盖可能包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替换、修改和等效。此外，在以下对本发明的实施例的具体描述中展示了大量具体细节，以提供本发明的全面理解。然而，本领域普通技术人员应该意识到，本发明可在没有这些具体细节的情况下被实施。在其它示例中，为了不使本发明的实施例的方面产生不必要的模糊，熟知的方法、程序、组件和电路没有详细描述。
符号和术语
以下具体描述的一些部分在以下方面被呈现：程序、步骤、逻辑块、处理以及对计算机存储器中的数据位进行操作的其他符号表示。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来将其工作的实质最有效地传达给本领域其它技术人员的方式。程序、计算机执行的步骤、逻辑块、处理等在这里且一般被设想为导向预期结果的步骤或指令的自洽序列。步骤是指那些需要的物理量的物理操作。通常，虽然不是必要地，但这些量采用能够被存储、转移、组合、比较以及以其它方式在计算机系统中操作的电信号或磁信号的形式。主要由于常见用法的原因，将这些信号称为比特位、值、元素、符号、字符、术语、数字或者类似物有时被证明是方便的。
然而，应该记住的是，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联，并且仅是应用于这些量的方便标签。除非从以下探讨中可以明显看出的特别说明，否则应该明白的是，贯穿本发明，采用术语(例如，“处理”或“访问”或“执行”或“存储”或“致使”等诸如此类)的探讨指 的是计算机系统(例如，图4的计算机系统400)或类似的电子运算设备的动作和处理，其对在计算机系统的寄存器和存储器中被表示为物理(电子)量的数据进行操作并将其变换为在计算机系统存储器或寄存器或其它这样的信息存储设备、传送或显示设备中被类似表示为物理量的其它数据。
本发明的实施例
本发明的实施例实现了ATE(Automatic Test Equipment，自动测试设备)载荷板上用于RF智能自匹配的集成RF MEMS。如这里所使用的那样，术语“MEMS”微机电系统(例如，设备和结构)是使用微加工技术制造的。本发明的实施例采用RF MEMS以在很大程度上使载荷板上使用的RF匹配过程自动化。
RF匹配在过去的几十年中基本保持不变。工程师通常采用将各个LC组件放置或转移到载荷板上的反复的、手动的、时间密集的方式。在每次反复后，采用测量设备来测量新的匹配。重复该过程直到找到最佳匹配(例如，通常接近50欧姆)。对于单端口设备，该手动方法虽然麻烦，但已“足够好”，并且对于市场来说是可接受的。
RF设备持续保持具有多带、多标准以及经常在单个设备上具有多于20个RF端口的高度集成化。当前使用传统手动方式来匹配这样的设备所需的时间可能是两周或三周。将此与今天的ATE大规模并行测试能力(例如，x4、x8、甚至x16)相结合，适当地匹配遍及多个站点的大约80个或更多的RF端口所需的时间能够轻松地超过几周。本发明的实施例消除了在电子制造业中无法维持的传统手工匹配方式。
本发明的实施例解决了电子制造业中的若干问题。一个这样的问题是“负上市周期”问题。随着上市周期预期缩减到只有几个月，行业不能维持如此高的TTM开销。另一这样的问题是“高产损耗”问题。遍及多个站点和多个测试者的多个端口的手动调谐导致关联问题，该关联问题导致产量损失并且增加开销。本发明的实施例的自动化RF匹配过程避免了这些问题。
图1示出了说明本发明的实施例所使用的无线标准的速度/距离覆盖的图。WiFi和VoIP企业服务的爆炸性增长正向目前的情形挑战。LTE的推出正在进行中，并且对于更多服务、更高速度以及更低开销的需求生成了大量标准，如图1所示。移动通信市场是在产品和服务方面世界上最快增长的市场之一。手机市场在世界范围内有多于40亿用户。
因此，净结果是多带、多标准无线设备的快速演进。随着频率带的数量、RF端口的数量、以及站点的数量的增长，载荷板复杂度以指数方式增长。尽管在ATE硬件和软件中进行了重大改进，载荷板到ATE接口的传统RF匹配在几十年中基本保持不变。通常交给测试工程师来手动匹配载荷板上的每个RF端口。
本发明的实施例有利地引入了智能载荷板TM(Smart LoadboardsTM)的概念。本发明的实施例使用具有SPI接口的集成RF MEMS可调谐阻抗匹配网络技术来消除传统冗长、乏味且麻烦的手动RF调谐过程。通过集成该技术，本发明的实施例有效地向电子制造业提供了能够自匹配和动态调谐的智能载荷板TM。本发明的实施例解决了若干行业问题，并提供了以下几个主要获益点：
1)智能载荷板TM改善了上市周期
a.智能载荷板TM通过自调谐到最佳匹配而显著降低了上市周期。自调谐消除了手动递归试错法过程。
b.智能载荷板TM简化并改进了站点到站点的关联。智能算法能够被用于优化站点到站点的匹配。
c.简化并自动化测试者到测试者的关联。
2)降低了开销 
a.使站点到站点的关联更容易。
b.从更大的调谐分辨率中降低了变化。
c.消除了对于高花费的RF调谐专家的需要。
3)提高了产量 
a.更大的调谐分辨率和范围提高了产量。
b.消除了从手动过程中引入的载荷板变化。
c.由于载荷板TM(loadboardsTM)从测试者到测试者进行交替，因此智能载荷板TM能够针对测试者到测试者的变化而自动调整其匹配。
图2示出了根据本发明的一个实施例的RF MEMS电路的功能框图。在图2的实施例中，使用了WS2017可调谐阻抗匹配电路。它被设计为插入DUT(Device Under Test，被测设备)和ATE RF端口之间的RF信号链中。在该实施例中，调谐范围是从824MHz到2170MHz(例如，当下这代)。
创新的可调谐电容器技术将来自高Q平行板电容器和固定电感网络的优异的RF性能与电容值的通用数字控制相结合。现在整个TX/RX信号链能够被优化为性能更优越、开销更低、以及上市周期更快。阻抗匹配由以CMOS-RF-MEMS结构实现的可编程电容元件进行数字控制。这被示于图2的功能框图中。
这一新的集成RF MEMS技术的特征包括：
·真正的单芯片CMOS调谐器
·频率范围824MHz-2170MHz
·将VSWR校正到高达20∶1
·覆盖GSM850、EGSM、DCS、PCS和WCDMA
·0.125pF步长
·软件控制 
图3示出了根据本发明的一个实施例的RF MEMS电路设备的原理框图。在图3的实施例中，集成电容器阵列能够使用集成SPI、I2C以及其他支持的标准进行编程。使用测试者的集成VNA能力与集成RF MEMS技术以及数字控制相结合，则载荷板成为智能载荷板TM。具有智能算法的自调谐软件将自动调谐并针对所有端口以及所有站点来匹配载荷板。该过程是自动、自校正的，并且只需要几分钟，而手动过程则需要几周。
图4示出了根据本发明的一个实施例的标准化目标电容的表征结果图。图4的左手侧示出了标准化平均电容，单位皮法。图4的右手侧示出了电容的标准偏差，表示为平均值的百分比。
以这种方式，本发明的实施例引入了智能载荷板TM的概念，并且结果 表明通过在ATE载荷板上使用集成RF MEMS技术能够大大缩减上市时间和测试开销(COT)。此外，站点到站点以及测试者到测试者的优越性能和较少的变化提高了测试产量，并且进一步降低了开销。
图5示出了根据本发明的一个实施例的集成到长板上的RF MEMS设备的图。在不同实施例中，将RF MEMS集成到具有物理DUT的实际载荷板上能够以不同方式来实现。在该不同实施例中，将RF MEMS集成到具有物理DUT的Advantest(爱德万)载荷板上将被进一步优化。
计算机系统平台
图6示出了根据一个实施例的示例性计算机系统600。计算机系统600示出了为上述实施例的某些基于硬件和基于软件的功能提供执行环境的基本计算机系统的组件。计算机系统600可被实现为，例如，服务器计算机系统、工作站计算机系统、桌上型计算机系统、或膝上型计算机系统。类似地，计算机系统600可被实现为手持设备。计算机系统600通常至少包括一些形式的计算机可读介质(例如，计算机可读存储介质601)。计算机可读介质可以是能够被计算机系统600访问的若干不同类型的可用介质，并且可包括但不限于计算机存储介质。
在其大多数的基本配置中，计算机系统600通常包括处理单元603和计算机可读存储介质601。基于所使用的计算机系统600的精确配置和类型，存储器601可以是易失性存储器(例如，DRAM等)601a，非易失性存储器601b(例如，ROM、闪存等)或这二者的某种组合。类似地，除固态设备外，存储器601还可包括其他设备，例如，基于磁盘的介质、光学介质等。
此外，计算机系统600可包括其他大容量存储系统(例如，可移除存储设备605和/或不可移除存储设备607)，例如磁的或光的盘或带。类似地，计算机系统600可包括输入设备609和/或输出设备611(例如，显示器)。计算机系统600可进一步包括使用有线或无线介质连接到其他设备、计算机、网络、服务器等的网络连接613。因为所有这些设备是本领域所熟知的，因此它们不需要被详细探讨。
应该进一步注意的是，计算机系统600可将其功能中的一些、多数或全部替换为具有大量分散的计算节点的分布式计算机系统，例如可以是计算机系统600的功能使用云计算环境来部分或全部执行的情况。
以上对于本发明的具体实施例的描述是为了示意和说明的目的而被呈现。其不意为是详尽的，或者将本发明限制在所公开的具体形式，并且根据以上教导可进行很多修改和变化。这些实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用而选择和描述的，从而使本领域的其他技术人员能够最好地使用本发明，以及适合于所预期的具体应用的具有各种修改的各种实施例。本发明的范围由这里所附的权利要求及其等效形式来限定。

Claims (17)

1.一种在测试设备中用于实现自动RF端口测试的方法，包括：
将具有多个RF引脚的被测设备附接到载荷板；
将所述载荷板的多个RF端口动态调谐到所述多个RF引脚；
针对阻抗将所述多个RF端口自动匹配到所述多个RF引脚；以及
在所述被测设备上实现RF端口测试过程。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述测试设备包括RF电子设备。
3.如权利要求1所述的方法，其中多个RF电子设备被同时测试。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述载荷板进一步包括RF MEMS阻抗匹配设备。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述多个RF端口的所述动态调谐是软件控制和配置的。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述载荷板进一步包括具有可调谐阻抗匹配电路的RF MEMS阻抗匹配设备。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述载荷板进一步包括以CMOSRF MEMS阻抗匹配结构实现的可编程电容元件。
8.一种具有计算机可读代码的非暂态计算机可读存储器，所述代码在由计算机系统执行时使得所述计算机系统实现一种用于实现自动RF端口测试的方法，所述方法包括：
将具有多个RF引脚的被测设备附接到载荷板；
将所述载荷板的多个RF端口动态调谐到所述多个RF引脚；
针对阻抗将所述多个RF端口自动匹配到所述多个RF引脚；以及
在所述被测设备上实现RF端口测试过程。
9.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中所述测试设备包括RF电子设备。
10.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中多个RF电子设备被同时测试。
11.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中所述载荷板进一步包括RF MEMS阻抗匹配设备。
12.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中所述多个RF端口的所述动态调谐是软件控制和配置的。
13.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中所述载荷板进一步包括具有可调谐阻抗匹配电路的RF MEMS阻抗匹配设备。
14.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中所述载荷板进一步包括以CMOS RF MEMS阻抗匹配结构实现的可编程电容元件。
15.一种在测试设备中用于实现自动RF端口测试的方法，包括：
将具有多个RF引脚的被测设备附接到载荷板，其中所述载荷板进一步包括以CMOS RF MEMS阻抗匹配结构实现的可编程电容元件；
将所述载荷板的多个RF端口动态调谐到所述多个RF引脚；
针对阻抗将所述多个RF端口自动匹配到所述多个RF引脚；以及
在所述被测设备上实现RF端口测试过程。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述测试设备包括RF电子设备。
17.如权利要求15所述的方法，其中多个RF电子设备被同时测试。
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