 什么是RF 测试？IM3,P1dB，EVM,冷源法NF测试 等ATE 常见的RF 测试项测试原理是什么？希望本文来自”佚名热心群众“的投稿能帮我们答疑解惑~射频（RF）是Radio Frequency的缩写，一般定义信号频率在300kHz到300GHz之间的电磁波信号，为RF信号。RF信号的常见应用场景为：无线通信和雷达等领域。 我们先来简单熟悉一下RF通信的过程，RF通信在结构上分为Tx(发送端)和Rx(接收端)两大部分。 TX  1. 基带信号（baseband）与本振（Local Oscillator）产生的载波信号（CW）混频（这一部也称调制，Modulation）； 2. 通过滤波器(Filter)将带外信号滤掉，避免产生干扰;（带外信号即不包含在基带信号信息中的高频或低频信号） 3. 功率放大器(Power Amp)将信号功率放大，并通过天线发射出去； RX  1. 接收端天线在接收到空间中的RF信号后，首先通过LNA(Low Noise Amp)将信号放大；（避免信号功率太低不方便后续的信号处理） 2. 放大后的信号与本振（Local Oscillator）混频（这一部也称解调，Demodulation），将RF信号下变频至中频信号； 3. 通过滤波器将携带信息部分的信号提取出来 对于不同的通信场景（wifi，蓝牙，蜂窝数据），调制方式会有不同, 下表展示了不同应用场景下的常见调制方式：
RF测试测哪些？ 在了解RF常见测试项前，首先要说明一下RF测试用到的单位。RF测试的基本单位为dB，比如增益一般这样表示： Gain = 10*log (Pout/ Pin) = [10*log (Pout) – 10*log (Pin)] 注意，dB表示的相对量，上式表示系统的放大倍数，即输出信号功率是输入信号功率的多少倍。 另外还有dBm为单位，dBm是绝对量，表达如下： PdBm= 10*log (P / 1mW)代表当前功率与1mW的比值。 从上述的信号传递过程，我们可以发现，要保证信号传输解调的准确无误，通路上不同的器件，在进行RF测试时，测试的指标可能不一样。比如TX路径上的本振，我们就要考虑本振的频率输出范围，输出的信号质量（相噪，频偏）。再比如滤波器，它的带宽，带外抑制等。下面我们就简单列几项RF测试中比较常见的测试项： 1 LO输出 作为调制/解调的基础，必须有LO输出的CW参与，因此LO的输出范围、精度都需要保证。由于LO肯定要参与到调制解调过程中，因此其实只要保证后续的测试没有问题，基本就能说明LO工作正常。所以一般不对LO做单独测试。 2 增益（Gain）/输出功率（Pout） 增益，即输出功率与输入功率的比值。使用CW/特定调制信号进行测试。这里需要考虑输入和输出的信号，不能被杂散干扰。 3 噪声系数（Noise Figure，NF） 噪声系数是表征一个模拟器件引入噪声大小的指标。当RF信号经由放大器放大后，不仅我们关注的信号被放大了，噪声也同样被放大了。噪声可能来源于电源、其他端口，周围环境等等。 由于笔者经验有限，仅介绍使用过的冷源法。在ATE上进行噪声系数测量时，步骤如下： Step1. 将器件的输入端term到机台，机台处于静态（可以理解为机台此时不发送/接收RF信号）。 Step2. 查询所选机台的技术手册，确认机台处于静态时，端口的噪声功率/噪声密度指标。Step3. 机台作为输入端(Rx)接收DUT的输出噪声信号， Step4. 根据公式计算得到噪声功率/噪声密度指标，输入和输出的噪声功率/噪声密度比值，再减掉器件的gain，即为DUT的噪声系数。 4 二次、三次谐波（Harmonic Distortion 2/3，HD 2/3） 理想的模拟器件都是线性的，但是实际生产制造的器件，输出和输入的关系可能是y=ax+bx2+cx3的形式，那么在给器件输入CW信号的时候，输出会因为b、c系数的存在，在2倍、3倍甚至更高的倍数的cw频点产生谐波信号。这里我们不做推导，感兴趣的同学可以把cos(x)代入到y=ax+bx2+cx3，利用三角函数将cos的次数降低，即可观察到cos函数中的x系数变成2、3或者更高，即谐波所在的频点。 实际测试时，即可以通过测量不同谐波的功率大小借以评估模拟器件的线性度好坏。通常测试时会针对不同的调制模式（3G/4G、wifi5/6/7），通过特定的CW信号，测量对应频点谐波的大小。如果器件的线性度不好，会导致调制/解调信号出现不希望的谐波，影响器件在调制/解调场景的性能。 5 1dB压缩点（P1dB） 第4点中提到，器件存在非线性。在输入输出功率较小时，器件的非线性度表现得并不是非常明显。但是实际使用时，为了提高传输距离，则需要尽量提高调制信号的功率。如何保证器件既能尽量在线性区域工作，又能输出尽量减小非线性带来的干扰呢？由此我们引入了P1dB点，即1dB功率压缩点。这个概念的定义是：理论输出与实际 输出功率相差1dB时的输入功率点。 那这个线性区域怎么确定呢？我们可以给器件一个较小功率的CW信号（保证此时器件工作在线性区），记录下此时芯片的输出，再逐步增大输入的CW信号，依次记录芯片输出。最后通过作图的方式，可以得到一条曲线，再通过前几个点拟合出一条直线，计算出每个理论输出功率与实际输出功率的差值，当理论与实际相差1dB时，即为P1dB点（即增益出现衰减的点，所以也可以通过记录增益变化，找到增益降低的位置）。  6 三阶交调（IM3）/邻道泄露抑制比（ACLR） 上文已经提到，器件在实际使用时传输的基本都是调制信号。调制/解调的过程就是两个不同频点进行混频。这个过程会有CW信号和基带参与，CW信号是确定的频点，基带信号则是具有一定带宽的信号，那么混频后就会在调制信号的带外产生交调信号。一方面，交调信号分走了一部分调制信号的能量，使携带信息的调制信号功率降低；另一方面，带外可能是另外一条信道（通俗理解就是另外一段调制信号的频谱），因此可能会干扰其他信道的通信。因此必须尽可能小（可以通过带通滤波器进行抑制）。 如果是没有特定调制协议的场景，一般选取特定的双音信号，进行三阶交调测试（IM3）。随着输入功率不断增大（即使进入非线性区域），输出功率会不断升高，同时交调功率也会不断升高。理论上三阶交调的功率最终会达到跟输出功率一样，在交汇时，输入功率点称为IIP3，输出功率点为OIP3。当然，这个交汇点是理论推导出来的。实际测试时可以采用上述P1dB的方式，输入的双音信号不断增大功率（在器件的线性区域内），测量输出的双音功率和IM3功率，进行描点拟合，最终确定交汇点的位置。IP3越大，说明器件的线性度越好。 如果是有特定调制模式（3G/wifi等），那么也会使用对应的基带/调制信号，测量带外特定的一系列频点的功率（ACLR），带外的功率需要比带内的功率低一定dB才能满足要求。ACLR有时也被称作ACPR。 7 误差向量幅度（Error Vector Magnitude，EVM） 调制前和调制后的基带/中频信号，其实都对应着一段包含信息的01码流。但是原本携带正确信息的基带信号，经过调制-放大-传输-接收-放大-解调等操作后，原本的信息是否还能被正确映射回来呢？ 我们可以将上述步骤接收到的信号，按照给定的通信协议映射成一连串01码型，再将这些码型与我们发出的码型（或者已有预期的码型）计算误码率，即得到了EVM的结果。这个理念与serdes的误码率测试理念类似。区别在于，serdes传输信号只有高低，即对应01（我们暂时不考虑PAM4这种情况）。但是对于RF信号传输，可以是频率、幅度、相位的单个或者两种组合的调制，因此可能需要通过两个参数在二维平面上映射出一个对应的点（将所有的点都在平面上映射出来，会形成一张图，被称为星座图）。我们发出的码型（或者已有预期的码型）在这个二维平面上是一个确定的点，但是接收再映射的点，可能与该确定点存在误差，两个点之间的误差就被称为误差矢量（error vector）。那么所有误差统计起来，就是EVM。EVM的大小直接反映了一个RF器件/系统的性能。 这里需要注意的一点是，EVM测试涉及到对基带/中频信号的采样，因此对应的DAC/ADC采样率不能太低，因为过低的采样率会引入量化噪声，影响调制解调结果。（如果是使用调制波测试Pout，不用担心过低的采样率会对测量结果产生明显影响，因为在频谱上，采样率主要影响噪底高度）。 实际在进行RF测试时，由于输入输出可能受ATE LoadBoard走线影响，需要与EVB或者SLT环境进行correlation，必要的时候需要使用golden unit对ATE环境进行校准（笔者之前的项目经验是会对每块LB进行编号，记录每块LB的输入/输出损耗，在测量时读取LB ID，再读取相应LB的输入/输出损耗，进行补偿）。 RF测试硬件设计需要考虑： 1 RF信号的走线不能在PCB表面，避免趋肤效应； 2 走线不能有直角，差分信号要注意等长 3 用到的接头，器件等，需要注意带宽是否满足待测信号要求，如果有高低温测试还需要确认高低温下的情况 4调试过程中多用bench设备，因为通路上不知道哪一步有问题，所以如果可以的话用外部设备多确认。 |
