5G商用接近兩年，截至今年年8月中旬，全球共推出176個商用5G網路。而中國已經建成全球最大的5G網路，今年世界電信日前夕，工信部公佈了一組最新資料：中國大陸累計建成5G基站超81.9萬個，約佔全球總數的70%；5G手機終端使用者連線數達到2.8億，佔全球比例超過80%。根據GSMA的預測，到2025年，5G網路將覆蓋世界三分之一的人口，5G應用將對移動行業及其客戶產生深遠的影響。
5G應用助推射頻前端趨向模組化
5G網路是新一代移動通訊技術，在智慧手機和其他裝置上提供比以往更快的速度和更可靠的連線。由於5G具有支援高頻寬和低延遲應用的創新特性和功能，因此有必要新增大量新的射頻（RF）元件以支援新的無線電頻段和組合。對於應用廣泛的Sub 6 GHz頻段來說，每年都會擴充套件新的頻段來支援不同的終端應用。新頻段的加入，使多模式多頻段（MMMB）的智慧手機能夠支援更多的通訊制式，具有更好的使用體驗，但同時也使智慧移手機射頻前端（RFFE）的複雜度大大增加。與4G智慧手機相比，支援5G模式手機除了頻段擴充套件外，還需要向下相容，所需的濾波器和通道數量隨之大幅度增加。
圖1 新的頻段不斷擴充套件以支援不同的終端應用
圖2 5G手機所需的濾波器和通道數量大幅度增加
在通訊裝置中，射頻訊號處理單元負責訊號的傳送與接收，包含射頻收發器、天線、射頻前端模組（FEM）等。其中，射頻前端模組是無線連線的核心，它由一系列器件構成，包含功率放大器（PA）、濾波器（Filter）、切換開關（Switch）、雙工器（Duplexer）和低噪聲放大器（LNA）等，分別對應不同的射頻訊號處理功能。
其中，濾波器是射頻前端中最重要的分立器件，它的主要作用是使訊號中特定頻率成分透過而極大衰減其他頻率成分，從而提高訊號的抗干擾性及信噪比。目前，在手機射頻市場中主要採用聲學濾波技術。根據製造工藝的不同，聲學濾波器又分為聲表面波濾波器（SAW）和體聲波濾波器（BAW）兩大類。由於工藝複雜度、技術以及成本的限制，當前通訊標準下更多的射頻前端採用了SAW濾波器。隨著5G滲透率的提升，BAW濾波器優異的效能以及對高頻的支援有望使其成為手機射頻前端的主流器件。
在實際應用中，濾波器和雙工器是射頻前端模組的基礎器件，使用量非常大。根據Yole預測，在射頻前端市場中，濾波器的價值佔比超過50%，2017-2023年濾波器複合增速約為19%，超過整體需求約14%的平均增速。
迅速增加的頻段和射頻器件數量為智慧手機帶來了挑戰，除了複雜度的提升以外，對射頻器件佔用空間的逐步壓縮和載波聚合的應用，使得傳統的分離式射頻器件越來越難以滿足新的需求，射頻器件模組化已成行業發展趨勢。依據不同需求，射頻前端模組的構成也有所差別，下圖為幾種典型的原理框圖。其中開關的控制介面是標準化的MIPI 介面。
圖3 典型的射頻前端模組原理框圖
不同形態模組的埠數從幾個至幾十個不等。針對多埠器件的測試，尤其是大批次生產測試，一個優秀的測試方案，除了確保完整的電效能測試，還需在效率和時間成本之間達到最佳平衡。在實際應用中，我們能否找到這樣完美的測試解決方案呢？
答案是肯定的，而且還是兩種，你完全可以根據實際需求實現優中選優。
R&S多埠向量網路分析儀是射頻前端多埠測試的最佳選擇
針對射頻前端多埠器件的測試，R&S提供了兩種形式的多埠向量網路分析儀。
圖4 R&S ZNBT以及R&S ZNB + ZN-Z84是兩款專門針對射頻前端多埠器件的測試方案
ZNBT 8.5/20/26.5/40GHz
- 埠數量可配置為6至24(48 *)個
- ZNB 內建開關矩陣的軟體驅動
- 支援多埠自動校準
- 固態開關
- 模組化設計，埠數量可配置為4至24個
- 效能穩定，不隨測試埠的數量而改變
- 適應無源和有源器件的測試
- 長期 FEM 產線測試的考驗
ZNB + ZN-Z84
方案1：R&S ZNBT多埠向量網路分析儀
這是一款真正的多埠向量網路分析儀，能夠提供最多 24個整合式測試埠。它可以並行測試多臺被測裝置（DUT），或測量一臺最多帶24個埠的被測裝置。正是因為R&S ZNBT的高整合度，使其迅速成為一款業界領先的緊湊型射頻前端模組測試解決方案。即便在帶有多個埠的情況下，R&S ZNBT也只需要很短的測量時間，並保持穩定的效能。
此外，由於每個測試埠都配備了一個反射計（Reflectometer），這一設計有效消除了測試埠和測量接收機之間的損耗。因此，R&S ZNBT擁有寬動態範圍、高輸出功率、低跟蹤噪聲等特性。在多埠測量中，具有高度穩定性、重複性和精確度。
方案2：R&S ZNB + 射頻開關矩陣R&S ZN-Z84
在該方案中，向量網路分析儀R&S ZNB在速度、動態及穩定性方面非常優異。透過開關矩陣擴充套件埠數量，R&S ZNB最多可進行48個埠測量。更重要的是，R&S ZNB 內建了開關矩陣的軟體驅動，包含速度優先和效能優先工作模式，可自動完成對應測試埠的切換功能。另外，R&S ZNB具有去嵌入功能，為DUT提供真實執行環境的測試條件。
兩種測試方案對比：
從硬體結構上看，R&S ZNBT的每個埠都配置兩個獨立的接收機，並接入內建訊號源，所以ZNBT任意2埠的效能指標都與一臺相同埠數的通用級ZNB相當。對於多個測試埠，ZNBT可同時輸出訊號，以完成多個DUT的並行測試，進一步提高測試效率，且多埠應用時速度和各項指標依然保持穩定，不會惡化。
圖5 R&S ZNBT多埠向量網路分析儀硬體結構
R&S ZNB + 射頻開關矩陣R&S ZN-Z84，這一經典測試方案，主要藉助射頻開關矩陣進行埠的擴充套件，具有低成本優勢。缺點是對於多埠器件的測試，需要多次掃描，無法實現並行測試。值得一提的是，由於內建了開關矩陣ZN-Z84的驅動，僅需連線控制線，如USB、LAN或PCIe等，ZNB就會識別並控制開關矩陣ZN-Z84進行自動切換和測試。因此，該方案的實現相對簡單，無需外部編寫控制軟體。
圖6 R&S ZNB + 射頻開關矩陣R&S ZN-Z84硬體結構
談到兩個方案的共同點，那就是它們都支援射頻前端模組的MIPI控制介面，除了輸出使用者定義的GPIO控制訊號外，還可以提供CLK和DC供電，以及測試中要求的電流測試能力。
圖7 ZNB 後面板的MIPI 介面
在測試軟體方面，ZNB和ZNBT均提供了測試掃描序列編輯功能，支援MIPI對射頻測試流程的觸發功能，以適應不同測試狀態下輸出的GPIO控制訊號，有效降低了總的測試時間。
分離的射頻測試和MIPI 控制方案
ZNB/ZNBT一體化的射頻測試和MIPI 控制方案
小編有話說
根據YOLE的統計資料，2018年全球RF FEM（射頻前端模組）消費量為96億個，隨著5G的不斷髮展，預計2023年全球RF FEM的消費量將增長至135億個。
圖8 5G技術轉型導致RFFE的複雜性不斷上升（圖源：ABI Research)
事實上，支援5G的新頻率越來越多，使用的多路複用方法也越來越多，這大大增加了射頻前端（RFFE）的複雜性（如圖8）。我們這次推薦的一體化測試方案不僅實現起來非常簡潔，更重要的是可以進一步提高測試效率，大幅降低測試的時間成本。
從小編的角度看，應對多埠射頻前端模組的測試，尤其是大批次生產測試，多埠向量網路分析儀是最佳選擇。R&S提供的兩種形式的多埠向量網路分析儀以及對應的兩款測試方案，均充分考慮了成本和效率的平衡。當然，最後選擇哪一種方案，還要視具體情況來決定。
