黃建生 路瑜亮 劉 莉

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.陸裝駐石家莊第一軍代室，河北 石家莊 100094）

0 引言

隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通服務(wù)，北斗產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，應(yīng)用需求愈加廣泛。衛(wèi)星導(dǎo)航終端深入全社會各個行業(yè)，為其提供基礎(chǔ)的時空信息服務(wù)，保障國家經(jīng)濟(jì)、國防、交通以及通信等各行業(yè)安全、健康地發(fā)展。

衛(wèi)星導(dǎo)航終端芯片化、小型化、低功耗和低成本已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的方向，各類芯片廣泛應(yīng)用在衛(wèi)星導(dǎo)航終端上。此外，芯片產(chǎn)業(yè)作為高端制造業(yè)的重點(diǎn)領(lǐng)域，正在成為衡量一個國家高端制造業(yè)水平的標(biāo)桿。衛(wèi)星導(dǎo)航終端射頻芯片作為導(dǎo)航終端產(chǎn)品的基礎(chǔ)部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響導(dǎo)航終端整機(jī)的性能指標(biāo)。射頻芯片測試則是射頻芯片研發(fā)、制作和生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起舉足輕重的作用。

1 射頻芯片測試

1.1 衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片

衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片是將電磁波信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（或者從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號）的集成電路。射頻芯片內(nèi)部器件包括功率放大器、低噪聲放大器、濾波器以及射頻開關(guān)等。功能包括信號接收、信號轉(zhuǎn)換、信號處理和信號發(fā)送等。衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片功能機(jī)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片功能結(jié)構(gòu)圖

1.2 射頻芯片測試

射頻芯片集成測試就是搭建射頻芯片集成測試環(huán)境，按照射頻芯片性能指標(biāo)測試流程、控制儀器設(shè)備（直流電源、頻譜儀、示波器以及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等）對射頻芯片的功能和性能指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行測試。射頻芯片測試對射頻芯片的研發(fā)、生產(chǎn)都是至關(guān)重要的，通過測試保證了射頻芯片的質(zhì)量，通過測試發(fā)現(xiàn)射頻芯片在研制、生產(chǎn)過程中的問題，對提升射頻芯片性能具有重要作用。射頻芯片測試還可以避免不必要的人員和成本浪費(fèi)。但是，射頻芯片測試技術(shù)同樣也面臨問題和挑戰(zhàn)：1） 射頻芯片測試需要不斷提升測試能力，以滿足射頻芯片多樣化、復(fù)雜化的測試需求。隨著射頻芯片設(shè)計、工藝以及制造技術(shù)水平的不斷提高，射頻芯片的復(fù)雜度和測試項(xiàng)目不斷增加，芯片測試難度也不斷提高。2） 射頻芯片測試需要滿足批量化、自動化的需求。隨著射頻芯片產(chǎn)能的提高，傳統(tǒng)射頻芯片測試能力不能滿足射頻芯片廠家重復(fù)性的測試需求，需要專業(yè)化、自動化的射頻芯片測試系統(tǒng)。

1.3 測試內(nèi)容

射頻芯片性能指標(biāo)測試內(nèi)容主要包括以下8項(xiàng)（射頻芯片測試內(nèi)容列表見表1）：1） 輸入三階交調(diào)截斷點(diǎn)。輸入三階交調(diào)截斷點(diǎn)是射頻系統(tǒng)中衡量線性度或失真的重要指標(biāo)，當(dāng)2個信號在1個線性系統(tǒng)時，由于存在非線性因素，因此使一個信號的二次諧波與另一個信號的基波混頻后產(chǎn)生的寄生信號。2） 總增益范圍?？傇鲆娣秶侵干漕l芯片輸出端口信號與輸入端口信號相比的放大程度。3） 增益控制范圍。增益控制范圍是指射頻芯片對輸出端口信號增益控制的范圍。4） 1 dB壓縮點(diǎn)輸入功率。它可以用來考核射頻芯片的線性度。射頻芯片的放大器的輸出功率無法隨著輸入功率的增加而一直呈線性比例放大，最后總會達(dá)到飽和，當(dāng)放大器的增益比線性的理想值小于1 dB后不再降低時的輸入功率稱為輸出1 dB壓縮點(diǎn)。5） 噪聲系數(shù)。噪聲系數(shù)表示射頻芯片內(nèi)部本身所產(chǎn)生的噪聲，其值越小越好。6） 本振相位噪聲。本振相位噪聲是指射頻芯片本振在噪聲的作用下引起的系統(tǒng)輸出信號相位的隨機(jī)變化，本振信號的相位噪聲太大會降低系統(tǒng)的信噪比，從而影響接收靈敏度。7） 帶外抑制。帶外抑制是指對射頻芯片通帶以外的信號的抑制程度。8） 鏡像抑制。鏡像抑制是指對射頻芯片輸入信號的鏡像頻點(diǎn)的抑制能力。

表1 射頻芯片測試內(nèi)容列表

2 自動化測試平臺

射頻芯片自動化測試平臺以開放性、靈活性和可擴(kuò)展性為基該設(shè)計原則來規(guī)劃系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)。

2.1 工作原理

射頻芯片自動化測試是圍繞射頻信號正常工作條件搭建的測試環(huán)境，設(shè)置射頻芯片工作狀態(tài)，給射頻芯片輸入激勵射頻信號，獲取射頻芯片輸出的中頻信號，通過標(biāo)準(zhǔn)儀器對射頻芯片的輸出信號進(jìn)行采集和測量，從而給出射頻芯片的性能評估結(jié)果。

射頻芯片自動化測試平臺由通用標(biāo)準(zhǔn)測試儀器、測試夾具、通信網(wǎng)絡(luò)以及程控穩(wěn)壓電源等部分組成。通用標(biāo)準(zhǔn)測試儀器主要包括信號發(fā)生器、頻譜儀、示波器以及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等儀器組成。測試夾具是一個通用的射頻芯片安裝平臺，可以為不同射頻芯片提供通用的測試接口。

首先，通過程控穩(wěn)壓電源給射頻芯片測試平臺供電。其次，自動化測試控制軟件給射頻芯片發(fā)送SPI指令，修改射頻芯片各寄存器的值，設(shè)置射頻芯片工作狀態(tài)。再次，控制信號發(fā)生器給射頻芯片輸入合適的射頻信號，射頻芯片給指定的測試儀器輸出中頻信號。最后，自動化測試控制軟件設(shè)置測試儀器的測試參數(shù)，對輸出的中頻信號進(jìn)行測試，并對采集的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和評估，給出被測射頻芯片指標(biāo)的評估結(jié)果。射頻芯片自動化測試平臺工作原理圖如圖2所示。

2.2 測試評估方法

以輸入三階交調(diào)截點(diǎn)測試項(xiàng)目為例介紹射頻芯片自動化測試評估方法。輸入三階交調(diào)截點(diǎn)（input power of third-order intercept point）定義如下：將2個頻率相近的信號同時輸入射頻芯片中，通過射頻芯片的非線性作用產(chǎn)生三階交調(diào)信號，當(dāng)三階交調(diào)信號功率與射頻芯片中頻輸出功率相等時，所對應(yīng)的射頻芯片輸入信號功率為輸入三階交調(diào)截點(diǎn)。

測試評估方法如下：1） 如圖2所示，連接儀器設(shè)備和被測射頻芯片。2） 設(shè)置射頻芯片的工作模式，為最小增益。3） 設(shè)置信號發(fā)生器1的輸出信號頻率，信號電平為射頻芯片中頻通道的最大功率。4） 設(shè)置信號發(fā)生器2的輸出信號頻率+0.1 MHz，信號電平為射頻芯片中頻通道的最大功率。5） 設(shè)置頻譜儀中心頻率為射頻芯片輸出頻率+0.05 MHz，掃頻寬度為1 MHz，調(diào)整頻譜儀分辨率帶寬，使頻譜儀能夠清楚分辨2個中頻信號和三階交調(diào)信號。6） 讀取信號發(fā)生器1的輸出功率、頻譜儀中頻輸出信號功率和三階交調(diào)信號功率，根據(jù)公式（1）計算輸入三階交調(diào)截點(diǎn)。

圖2 自動化測試平臺工作原理圖

式中：3為三階交調(diào)截點(diǎn)，dBm；為信號發(fā)生器1的輸出信號功率，dBm；為信號源輸出端至射頻芯片輸入端的附加電纜損耗，dB；為頻譜儀測得的中頻輸出信號功率，dBm；為頻譜儀測得的輸出三階交調(diào)信號功率，dBm。

2.3 自動化測試評估流程

射頻芯片自動化測試評估是基于測試模板實(shí)現(xiàn)的。測試模板中包括測試流程步驟、控制對象以及控制參數(shù)等。用戶可以對測試模板以及測試參數(shù)進(jìn)行編輯和修改。測試模板編輯功能包括創(chuàng)建模板、刪除模板、復(fù)制模板、黏貼模板、添加項(xiàng)目和刪除項(xiàng)目等。

自動化測試評估流程是從測試項(xiàng)目模版中讀取測試流程，協(xié)調(diào)控制各設(shè)備及儀器按照測試模板運(yùn)行，完成激勵信號產(chǎn)生、自動測試信號測量、測試數(shù)據(jù)采集以及分析評估工作。測試流程完成單個項(xiàng)目的自動化運(yùn)行后自動讀取下一個項(xiàng)目的測試模板文件，直到完成所有測試項(xiàng)目，從而實(shí)現(xiàn)對射頻芯片的一鍵式自動化測試，提高測試效率，節(jié)省人工。射頻芯片自動化測試評估流程如圖3所示。

圖3 射頻芯片自動化測試評估流程圖

3 射頻芯片自動化測試平臺試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)射頻芯片自動化測試原理和上述設(shè)計方案，利用信號發(fā)生器、頻譜儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和時頻芯片搭建了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片自動化測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對北斗射頻芯片的性能指標(biāo)進(jìn)行測試驗(yàn)證。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證平臺

射頻芯片自動化測試試驗(yàn)驗(yàn)證平臺使用的信號發(fā)生器型號為Agilent9310A和 E4421B，頻譜儀為Agilent9010A，衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片選用廣州海格通信有限公司研發(fā)的RX3701芯片。射頻芯片自動化測試試驗(yàn)驗(yàn)證平臺如圖4所示。

圖4 射頻芯片自動化測試試驗(yàn)驗(yàn)證平臺

RX3701是一款支持BDS、GPS、GLONASS、Galileo、QZSS以及IRNSS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的射頻芯片。接收通道工作頻率覆蓋1.15 GHz～1.65 GHz、2.45 GHz～2.55 GHz，可滿足定位、定向、高精度測量和短報文通信等多種應(yīng)用需求，可應(yīng)用于低功耗、小型化、多功能集成以及高抗干擾的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備，測試用RX3701射頻芯片及模塊如圖5所示。

圖5 RX3701射頻芯片及模塊實(shí)物

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

使用射頻芯片自動化測試試驗(yàn)驗(yàn)證平臺對RX3701芯片的輸入三階交調(diào)截點(diǎn)、總增益范圍、增益控制范圍、1 dB壓縮點(diǎn)輸入功率、噪聲系數(shù)、本振相位噪聲、帶外抑制和鏡像抑制等指標(biāo)進(jìn)行測試。測試過程如圖6～圖8所示。

圖6 信號發(fā)生器輸入信號

圖7 輸入三階交調(diào)截點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證

圖8 1 dB壓縮點(diǎn)輸入功率試驗(yàn)驗(yàn)證

RX3701射頻芯片試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果見表2，測試過程符合預(yù)期，試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果滿足指標(biāo)要求。

表2 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果匯總表

4 結(jié)語

該文針對衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片測試的發(fā)展需要，基于射頻芯片性能指標(biāo)測試評估方法的測試模板實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片的自動化測試評估技術(shù)，對推動衛(wèi)星導(dǎo)航射頻芯片測試的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化具有重要意義。