CN115372690A - 一种天线调谐器峰值电压测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线调谐器峰值电压测量系统，包括：PXI测试箱，PXI测试箱具有发射端口和接收端口；发射端口通过第一单刀多掷开关选择性连接于不同的测试通路的输入端，接收端口通过第二单刀多掷开关选择性连接于不同的测试通路的输出端；每一测试通路从输入端至待测试电路板之间包括依次连接的功率放大器、第一双工器、三工器和定向耦合器；待测试电路板的输出引脚侧依次连接有移相器、第一衰减器和第一滤波器；定向耦合器至测试通路的输出端之间依次连接有第二双工器、第二衰减器和第三单刀多掷开关；第一、第二、第三单刀多掷开关通过PXI测试箱进行控制，且PXI测试箱能够根据接收端口的信号值动态调整发射端口发射信号的大小。

Description

一种天线调谐器峰值电压测量系统

技术领域

本发明涉及半导体芯片测试技术领域，更具体地，涉及一种天线调谐器峰值电压测量系统。

背景技术

天线调谐器(Tuner)是位于连接发射系统与天线的一种阻抗匹配网络，用以实现信号的接收、滤波、放大、增益控制等功能，使得天线在所有应用频率上辐射功率最大。伴随着5G的高速发展，5G通信标准下，手机端中4x4下行链路MIMO要求每根天线能够高效地支持更宽的频率范围，相应对射频天线tuner的需求数量也会增加，以提高相应频段的辐射效率。

峰值电压指的是天线调谐器能够承受、并且仍然具有可接受的谐波性能的最大电压。通信系统中谐波的产生是不可避免的，谐波带来的影响也是百害而无一利的，高次谐波带来的杂散和污染其他信道，大大降低了通信质量。一只天线调谐器可视为一个谐振电路。一个匹配或谐振电路内的峰值电压，可以远远大于其输入或者输出电压。一只孔径调谐器上的最大电压可能远远高于天线馈点处的电压。

针对天线调谐器产品峰值电压指标的测试也成为了芯片研发和量产的一个必不可少的环节。在工艺水平的日益进步下，拥有更高峰值电压指标达到80V的天线调谐器芯片相继问世，以往常规的测试系统已经无法满足这一测试需求。

因此，急需一种可靠、稳定、准确、动态范围广、快速、兼容性高的测试系统用于量产测试。

发明内容

本发明的目的是提出一种天线调谐器峰值电压测量系统，能够满足80V Vpaek下谐波指标测试。

为了实现上述目的，本发明提供了一种天线调谐器峰值电压测量系统，包括：

PXI测试箱，所述PXI测试箱具有发射端口和接收端口；

所述发射端口通过第一单刀多掷开关选择性连接于不同的测试通路的输入端，所述接收端口通过第二单刀多掷开关选择性连接于不同的所述测试通路的输出端；

所述测试通路从输入端至输出端分为发射通路和接收通路，待测试电路板连接在所述发射通路和所述接收通路之间；

每一所述测试通路从所述输入端至所述待测试电路板之间包括依次连接的功率放大器、第一双工器、三工器和定向耦合器；所述定向耦合器的输出端连接于所述待测试电路板的其中一输入引脚，所述待测试电路板的输出引脚侧依次连接有移相器、第一衰减器和第一滤波器；

所述定向耦合器至所述测试通路的输出端之间依次连接有第二双工器、第二衰减器和第三单刀多掷开关，其中所述第二双工器的输入端连接于所述定向耦合器的反向耦合端，所述第二衰减器的输入端连接于所述定向耦合器的正向耦合端；所述第三单刀多掷开关的多个输入端选择性的与所述第二双工器的输出端、所述第二衰减器的输出端连接，所述第三单刀多掷开关的输出端连接于所述第二单刀多掷开关的一个输入端；

所述第一单刀多掷开关、所述第二单刀多掷开关、所述第三单刀多掷开关通过所述PXI测试箱进行控制，且所述PXI测试箱能够根据所述接收端口的信号值动态调整所述发射端口发射信号的大小。

可选方案中，所述测量系统还包括环形器，所述环形器的输入端连接于所述放大器的输出端，所述环形器的第一输出端连接于所述第一双工器的输入端，所述环形器的第二输出端连接有负载。

可选方案中，所述测量系统还包括第二滤波器，所述第二滤波器的输入端连接于所述第二双工器的第一输出端，所述第二滤波器的输出端连接于所述第三单刀多掷开关的其中一个输入端。

可选方案中，所述测量系统还包括第三滤波器，所述第三滤波器的输入端连接于所述第二双工器的第二输出端，所述第三滤波器的输出端连接于所述第三单刀多掷开关的其中一个输入端。

可选方案中，所述第一滤波器、所述第二滤波器和所述第三滤波器均为高通滤波器。

可选方案中，所述测试通路为四条，所述第一单刀多掷开关和所述第二单刀多掷开关均为单刀四掷开关。

可选方案中，所述测试系统还包括网络分析仪，所述网络分析仪用于调节所述移相器和所述第一衰减器。

可选方案中，所述第一滤波器的输出端、所述第一双工器和所述三工器均连接有负载。

本发明的有益效果在于：

1、本测试系统可用于测试最大Vpeak 80V下芯片的Vpeak指标测试。

2、准确性提升

在芯片谐波测试中，高频谐波在传播通路中的反射叠加是影响测量准确性的一大难题，本测试方案发射通路采用三工器，接收通路采用高通滤波器进行对高频谐波的吸收，以保证测试结果准确可靠。

3、测试速度提升

更高Vpeak的测量将需求更高输出功率的放大器，传统测试系统架构，Vpeak达到80V，放大器输出功率至少要在48dBm以上，高功率放大器引入更多的热能耗散，过高的温度会让放大器的增益下降，系统需要更长的时间去等待放大器进入稳定工作状态，严重降低芯片测试速度。本测试系统，采用移相器和可调衰减器，可实现VSWR(电压驻波比)10：1下，入射波和反射波同相位叠加，用43dBm输入功率实现Vpeak 80V谐波测量。

4、测试系统体积缩小

采用较低功率放大器，放大器模块散热性能需求大幅度降低，减小测试系统体积，利于车间测试。

5、系统能耗降低百分之六十。

更低的输出功率，让整机耗电大幅度降低，节省量产测试成本，更利于环保节能。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1示出了根据本发明一实施例的一种天线调谐器峰值电压测量系统的电路结构图。

图2示出了根据本发明一实施例的一种天线调谐器峰值电压测量系统的三次谐波测试数据。

图3示出了根据本发明一实施例的一种天线调谐器峰值电压测量系统的二次谐波测试数据。

附图标号

1-功率放大器；2-环形器；3-第一双工器；4-三工器；5-定向耦合器；6-移向器；7-第一衰减器；8-第一滤波器；9-第二双工器；10-第二衰减器；11-第一单刀多掷开关；12-第二单刀多掷开关；13-第三单刀多掷开关。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明。虽然本发明提供了优选的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

参照图1，本发明一实施例提供了一种天线调谐器峰值电压测量系统，包括：

PXI测试箱14，所述PXI测试箱14具有发射端口(图中左侧)和接收端口(图中右侧)；

所述发射端口通过第一单刀多掷开关11选择性连接于不同的测试通路的输入端，所述接收端口通过第二单刀多掷开关12选择性连接于不同的所述测试通路的输出端；

所述测试通路从输入端至输出端分为发射通路和接收通路，待测试电路板连接在所述发射通路和所述接收通路之间；

每一所述测试通路从所述输入端至所述待测试电路板之间包括依次连接的功率放大器1、第一双工器3、三工器4和定向耦合器5；所述定向耦合器5的输出端连接于所述待测试电路板的其中一输入引脚(如P11、P12、P13、P14)，所述待测试电路板的输出引脚(如P21、P22、P23、P24)侧依次连接有移相器6、第一衰减器7和第一滤波器8；

所述定向耦合器4至所述测试通路的输出端之间依次连接有第二双工器9、第二衰减器10和第三单刀多掷开关13；其中所述第二双工器9的输入端连接于所述定向耦合器5的反向耦合端，所述第二衰减器10的输入端连接于所述定向耦合器5的正向耦合端；所述第三单刀多掷开关13的多个输入端选择性的与所述第二双工器9的输出端、所述第二衰减器10的输出端连接，所述第三单刀多掷开关13的输出端连接于所述第二单刀多掷开关12的一个输入端；

所述第一单刀多掷开关11、所述第二单刀多掷开关12、所述第三单刀多掷开关13通过所述PXI测试箱14进行控制，且所述PXI测试箱14能够根据所述接收端口的信号值动态调整所述发射端口发射信号的大小。

本实施例中，所述测量系统还包括环形器3，所述环形器3的输入端连接于所述放大器1的输出端，所述环形器3的第一输出端连接于所述第一双工器3的输入端，所述环形器3的第二输出端连接有负载。

本实施例中，所述测量系统还包括第二滤波器15，所述第二滤波器15的输入端连接于所述第二双工器9的第一输出端，所述第二滤波器15的输出端连接于所述第三单刀多掷开关13的其中一个输入端。

本实施例中，所述测量系统还包括第三滤波器16，所述第三滤波器16的输入端连接于所述第二双工器9的第二输出端，所述第三滤波器16的输出端连接于所述第三单刀多掷开关13的其中一个输入端。

本实施例中，所述第一滤波器8、所述第二滤波器15和所述第三滤波器16均为高通滤波器。

本实施例中，所述测试通路为四条，所述第一单刀多掷开关11和所述第二单刀多掷开关12均为单刀四掷开关，第三单刀多掷开关13可以是单刀三掷开关或单刀四掷开关。

本实施例中，第一衰减器7为可调衰减器，所述测试系统还包括网络分析仪，所述网络分析仪用于调节所述移相器6和所述第一衰减器7。

本实施例中，所述第一滤波器8的输出端、所述第一双工器和所述三工器均连接有负载。

本实施例具有以下有益效果：

1、本测试系统可用于测试最大Vpeak 80V下芯片的Vpeak指标测试。

2、准确性提升

在芯片谐波测试中，高频谐波在传播通路中的反射叠加是影响测量准确性的一大难题，本测试方案发射通路采用三工器，接收通路采用高通滤波器进行对高频谐波的吸收，以保证测试结果准确可靠。

3、测试速度提升

更高Vpeak的测量将需求更高输出功率的放大器，传统测试系统架构，Vpeak达到80V，放大器输出功率至少要在48dBm以上，高功率放大器引入更多的热能耗散，过高的温度会让放大器的增益下降，系统需要更长的时间去等待放大器进入稳定工作状态，严重降低芯片测试速度。本测试系统，采用移相器和可调衰减器，可实现VSWR(电压驻波比)10：1下，入射波和反射波同相位叠加，用43dBm输入功率实现Vpeak 80V谐波测量。

4、测试系统体积缩小

采用较低功率放大器，放大器模块散热性能需求大幅度降低，减小测试系统体积，利于车间测试。

5、系统能耗降低百分之六十。

更低的输出功率，让整机耗电大幅度降低，节省量产测试成本，更利于环保节能。

上述测试系统具有四个测试通路，分别对应Tuner芯片的四个RF测试端口。芯片通过机械手臂放置于socket(测试插座)中，在产线上进行流水线测试。图1中DUT为测试电路板，socket装配在测试电路板上，PXI测试箱为测试电路板提供相应的供电和数字信号加载到芯片上，保证芯片处于正常工作模式。

第一单刀多掷开关、第二单刀多掷开关、第三单刀多掷开关根据程序设定，分别导通四个信道，以用于测试Tuner芯片的4个RF端口。以图1最上面的信道为例进行叙述整个测试流程。

主频信号(以下简称为F0)经过第一单刀多掷开关输入第一个信道，经过放大器1对F0信号放大，流经环形器2，环形器2目的主要有两点：第一点用于保证放大器1输出端口稳定50欧姆匹配，不受负载牵引影响放大器性能变化。第二点如果有其他模块异常损坏，环形器2上接的负载用于吸收反射回来的功率，保证放大器不受损坏。

流经环形器2的信号F0进入第一双工器3，第一双工器3用于抑制放大器1和环形器2这两个非线性器件产生的二次谐波和三次谐波(以下简称F2，F3)，如果测试系统中其他非线性器件产生的谐波过高，会让待测芯片产生的谐波淹没在底部噪声中，导致无法测试出正确的结果，或者影响测试的准确性。

主频信号F0经过第一双工器3进入三工器4，再由定向耦合器5进入DUT的P11端口，P21端口输出进入移相器6r和第二衰减器7，随后主频信号F0会到达第一滤波器8，此时主频信号会再次进行反射，芯片测试端口中前向传输的F0和反射回来的信号F0同相位叠加，保证测试端口Vpeak到达预定值。移相器6的目的主要用于调整反射波的相位。第一衰减器7用于调整电压驻波比，来确定P11端口输入功率的预定值。移相器6和第一衰减器7会在系统校准环节，进行动态调整。芯片产生的谐波会沿着传输线向前向和后向两个方向传播。三工器4的目的主要用于对朝发射端方向传输的二次和三次谐波进行吸收。第一滤波器8、第二滤波器15、第三滤波器16会吸收向接收端传播的二次、三次谐波。三工器4和第一滤波器8防止二次和三次谐波在传播路径中不断来回反射，这对系统测试准确性、正确性、一致性的提升尤为重要。三工器4也会对放大器1和环形器2产生的二次、三次谐波有一定程度的抑制。图2展示了Vpeak 80V条件下，循环测试2000次的三次谐波测试数据，图3展示了Vpeak 80V条件下，循环测试2000次的二次谐波测试数据。可以看到测试数据高度集中，波动范围在±0.1dB以内，-58dBm的谐波信号依然能够有效识别，主要来源于超高的系统谐波抑制，系统自身谐波噪声相对于主频可高达130dBc。

定向耦合器5的前向耦合端，用于分离前向传输的F0信号，耦合出来的信号经过后面的第二单刀多掷开关、第三单刀多掷开关，回到NI PXI测试箱接收端口(右端)，PXI测试箱14会比较该信号是否达到目标值，去动态调整输出信号的大小，确保芯片测试端口输入功率达到预定值。定向耦合器5反向耦合端会提取出Tuner芯片激发出的二次和三次谐波，耦合出来的二次谐波和三次谐波信号再经过第二滤波器15、第三滤波器16，此处使用高通滤波器的目的是将主频信号F0滤除，以防止耦合出来的主频信号进入NI PXI测试箱，引发NI PXI测试箱内部非线性产生谐波分量叠加到待测谐波信号上，影响测试结果准确性。经过第二单刀多掷开关、第三单刀多掷开关被NI PXI测试箱接收端采集，经过系统运算，得出最终谐波测试结果。

1、该系统可实现自动化测试。

2、可兼容性强，可用于测试最大Vpeak 80V及其以下，tuner芯片二次、三次谐波指标。

3、高速测试。单端口测试时间不大于30ms，可实现4端口测试，每颗芯片测试时间小于120ms。

4、测试精度高，波动小，波动范围可达到±0.1dB以内。

5、采用移相器，相位可自适应调节，VSWR程序可控，达到使用低功率放大器输出更高Vpeak电压，降低测试系统整体功耗，以便于采用体积更小器件，缩小测试系统体积。

6、系统谐波抑制，可达130dBc以上。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种天线调谐器峰值电压测量系统，其特征在于，包括：

PXI测试箱，所述PXI测试箱具有发射端口和接收端口；

所述发射端口通过第一单刀多掷开关选择性连接于不同的测试通路的输入端，所述接收端口通过第二单刀多掷开关选择性连接于不同的所述测试通路的输出端；

所述测试通路从输入端至输出端分为发射通路和接收通路，待测试电路板连接在所述发射通路和所述接收通路之间；

每一所述测试通路从所述输入端至所述待测试电路板之间包括依次连接的功率放大器、第一双工器、三工器和定向耦合器；所述定向耦合器的输出端连接于所述待测试电路板的其中一输入引脚，所述待测试电路板的输出引脚侧依次连接有移相器、第一衰减器和第一滤波器；

所述定向耦合器至所述测试通路的输出端之间依次连接有第二双工器、第二衰减器和第三单刀多掷开关；其中所述第二双工器的输入端连接于所述定向耦合器的反向耦合端，所述第二衰减器的输入端连接于所述定向耦合器的正向耦合端；所述第三单刀多掷开关的多个输入端选择性的与所述第二双工器的输出端、所述第二衰减器的输出端连接，所述第三单刀多掷开关的输出端连接于所述第二单刀多掷开关的一个输入端；

所述第一单刀多掷开关、所述第二单刀多掷开关、所述第三单刀多掷开关通过所述PXI测试箱进行控制，且所述PXI测试箱能够根据所述接收端口的信号值动态调整所述发射端口发射信号的大小。

2.根据权利要求1所述的天线调谐器峰值电压测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括环形器，所述环形器的输入端连接于所述放大器的输出端，所述环形器的第一输出端连接于所述第一双工器的输入端，所述环形器的第二输出端连接有负载。

3.根据权利要求1所述的天线调谐器峰值电压测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括第二滤波器，所述第二滤波器的输入端连接于所述第二双工器的第一输出端，所述第二滤波器的输出端连接于所述第三单刀多掷开关的其中一个输入端。

4.根据权利要求3所述的天线调谐器峰值电压测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括第三滤波器，所述第三滤波器的输入端连接于所述第二双工器的第二输出端，所述第三滤波器的输出端连接于所述第三单刀多掷开关的其中一个输入端。

5.根据权利要求4所述的天线调谐器峰值电压测量系统，其特征在于，所述第一滤波器、所述第二滤波器和所述第三滤波器均为高通滤波器。

6.根据权利要求1所述的天线调谐器峰值电压测量系统，其特征在于，所述测试通路为四条，所述第一单刀多掷开关和所述第二单刀多掷开关均为单刀四掷开关。

7.根据权利要求1所述的天线调谐器峰值电压测量系统，其特征在于，所述测试系统还包括网络分析仪，所述网络分析仪用于调节所述移相器和所述第一衰减器。

8.根据权利要求1所述的天线调谐器峰值电压测量系统，其特征在于，所述第一滤波器的输出端、所述第一双工器和所述三工器均连接有负载。

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