【《5G NR FEM ATE系统搭建与测试分析案例》5500字】

GNRFEMATE系统搭建与测试分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u292375GNRFEMATE系统搭建与测试分析案例 1169231.1ATE测试系统设计与搭建 128101.1.1校准仪器 2161481.1.21dBm压缩点测试系统搭建 534111.1.3Harmonics的测试系统搭建 6242841.1.4ACP的测试系统搭建 64181.1.5创建模板与输出数据 7119361.25GNRFEMATE系统验证与测试结果分析 954791.2.11dBm压缩点测试结果与分析 10201601.2.2Harmonics测试结果与分析 17299171.2.3ACP测试结果与分析 181.1ATE测试系统设计与搭建在使用LabVIEW搭建程序框图前，我首先要将5GNR的波形烧录到信号发生器中，如下图4-1所示，使用FDD软件设置好波形的相关参数，如3.5G的输入频率、10MHz的传输信道频率、采用QPSK调制，随后进行Download，这样我们就可以在后续编程中将信号发生器的波形输入到频谱分析仪中。频分双工(FDD)是移动通信系统中使用的全双工通信技术的一种，与TDD相对应。FDD采用两个独立的信道分别进行向下传送和向上传送信息的技术。为了防止邻近的发射机和接收机之间产生相互干扰，在两个信道之间存在一个保护频段。一般来说，中国移动使用时分双工(TDD)技术，而中国联通和移动则使用频分双工(FDD)技术。两种工作方式都各有千秋，那么在这里我使用的是频分双工(FDD)技术。图4-1烧录5GNR波形1.1.1校准仪器在搭建正式测试系统前，我们首先需要校准连接计算机的各台工作仪器，不然的话在测试时会存在线损以及端口的插损，而后导致测试数据有误。校准分为两步，一步是使用功率计E4418A校准信号发生器N5182B，程序如下图4-2所示，第二步是校准频谱分析仪N9020B，程序如下图4-4所示，其实这是属于一个校准程序，所以由于版图连接的问题可能两个仪器之间的校准会相互穿插。图4-2的第一帧对话框显示连接信号发生器N5182B和频谱分析仪N9020B，起提示作用，等待连接完毕之后点击确定，这是为了后续重置频谱分析仪做准备。第二帧使用Keysight连接频谱分析仪以后添加“SYSTem:PRESet:USER:ALL”命令重置频谱分析仪，此处重置是为了之后调出测线损的状态，如果没有进行重置那么在调出状态时很有可能会报错，所以保险起见这里会进行重置操作。第三帧对话框显示连接信号发生器和功率计，等待连接完毕之后点击确定，这是为了后续功率计读取线损做准备。第四帧中在连接好信号发生器后使用“*RST”进行重置，一般在一开始连接仪器后都会进行重置确保后续操作没有仪器以前的遗留状态，添加“SOURce:POWer:LEVel:IMMediate:AMPLitude”命令设置其幅度为0，后续才可使用功率计读取其线损；添加“SOURce:FREQuency:CW”命令设置测试时使用的带宽频率。第五帧添加“SOURce:RADio:ARB:WAVeform:NHEaders”命令写入调用波形的名称，该波形状态是在频谱分析仪中使用仪器操作调出之后保存以备信号发生器后续调用；“SOURce:RADio:ARB:WAVeform:NHEaders?”命令是为检查刚刚写入调用的状态是否正确；“SOURce:POWer:LEVel:IMMediate:AMPLitude”命令是为设置后续测试P1dB压缩点时开始的输入功率；添加“SOURce:RADio:ARB:STATe”命令打开调用波形状态，在调出波形状态下后要使用命令“SOURce:RADio:ARB:SCLock:RATE”添加矢量信号源ARB的时钟采样速率，确保其仪器参数设置正确；使用“OUTPut:STATe”命令打开RFoutput才可以发射信号，第五帧的Keysight如图4-3所示。第六帧执行的是打开RF模式，关闭MOD模式，RF模式打开才可以发射出信号，如果MOD模式开着的话会将信号进行调制解调，而在校准仪器的时候是不需要这步操作的，所以选择将该模式关闭。第七第八帧是将信号发生器幅度设置为0，随后使用功率计E4418A读取线损值，再将读取到的线损值在第九帧中使用“SOURce:POWer:LEVel:IMMediate:OFFSet”命令补偿到信号发生器，使用“SOURce:POWer:LEVel:IMMediate:AMPLitude”命令写入0dB幅度验证其校准是否成功，如果功率计此时读取值为0则说明信号发生器校准成功，如图4-4所示。图4-2校准信号发生器图4-3调取5GACP波形图4-4信号发生器校准成功图4-5的第一帧对话框显示连接信号发生器和频谱分析仪，并加上20dB衰减器，此时加上衰减器是为了防止PA放大后进入频谱分析仪的输出功率太大导致打坏仪器。第二、三帧使用“MMEMory:LOAD:STATe”命令调出测线损时的状态，保险起见这里使用了两次调用，因为前期实验使用一次调用状态时可能会出现报错。第四帧将频谱分析仪重置并使用“SENSe:FREQuency:TUNE:IMMediate”命令进行自动调谐，随后添加“CALCulate:MARKer:Y?”命令读取Marker值，该Marker值就是线损，而后第五帧内将线损补偿到频谱分析仪完成校准，乘以-1是因为写入读到的负值才起到补偿效果，如图4-6所示，至此所有的校准仪器程序框图即搭建完毕。图4-5校准频谱分析仪图4-6频谱分析仪校准成功1.1.21dBm压缩点测试系统搭建图4-7所示的就是1dBm压缩点测试系统的程序，第一帧的对话框显示连接5G芯片，输入电压3.8V，写入MIPIET状态，因为我的输入电压还有3.4V以及1.0V，MIPIHPM以及LPM状态，所以后续还有类似的1dBm压缩点测试程序，测试不同输入电压以及不同MIPI状态下的1dBm压缩点数据。第二帧中先建立一个While循环结构，因为要通过反复运行测试该程序，才能通过得到的增益找出1dBm压缩点位于何处，运行的次数根据实际测试情况随时改动，添加一个常量即可。Untitled15中自定义一个输入功率，每循环一次变量加一改变输入功率，随后将读取的输出功率显示在频谱分析仪中，每次+40是为了确保在频谱分析仪中输出功率未达到仪器的上限，随后将输出功率减输入功率算出增益，并将测试所得数据由数值至小数字符串转换，最后进行二维数组转置输出到表格中。图4-7P1dB压缩点测试程序1.1.3Harmonics的测试系统搭建Harmonics的测试程序如下图4-8所示，要使用频谱分析仪进行谐波测量，第一帧程序添加“MEASure:HARMonics:FREQuency?”命令调取测量Harmonics时的状态；第二帧我添加了5000ms的延迟，为了确保后续读到正确的谐波值，因为在调取状态时要给仪器反应的时间；第三帧使用两条“MEASure:HARMonics:AMPLitude?”命令分别抓取二阶和三阶的Harmonics值，最后输出到表格与标准值进行分析比较。图4-8Harmonics测试程序1.1.4ACP的测试系统搭建ACP的测试程序如下图4-9所示，第一帧对话框显示去掉衰减器，因为在测相邻通道功率(ACP)时，如果没有去掉衰减器就会影响我的测量数据；第二帧中在调取5G状态后，使用“READ:ACPower?”命令抓取ACP的近端与远端值，我在抓取ACP值时使用的是数组形式，那么其实我在界面上抓取到了很多值，而我只需要在表格中显示一组数据即可，所以我在第三帧中采用一维数组拆分，而后抽取一维数组，分别为近端1、近端2、远端1、远端2，最后将数据输出到表格。图4-9ACP测试程序到这里，这个程序还并没有完全结束，由于我需要测试的电源电压不同，在后面还编写了不同电压时的测试程序，但是编程思路与逻辑都是类似的，故在此便不多做叙述了，值得注意的是，在测完ACP之后我们需要再次校准仪器，因为在测ACP时我们调用了不同的状态导致原有的校准程序已经失效。1.1.5创建模板与输出数据在所有测试程序搭建完毕之后，我们还需要将测试数据输出到Excel表格，具体的操作我们在第三章的LabVIEWOffice报告生成中已经阐述过。首先我们要创建一个与测试内容相匹配的Excel模板，如图4-10、4-11、4-12所示，三张图其实是在一个Excel中的三个工作表，分别显示我测试的三部分内容，做完相对应的模板之后保存，并记录保存模板的地址，方便在LabVIEW程序中进行调用。图4-10P1dBm模板图4-11Harmonics模板图4-12ACP模板如何在LabVIEW中新建报表在第三章中也已详细阐述过，下图4-13、4-14就是在LabVIEW中我所搭建的新建报表以及调用模板输出数据的程序，图4-13中将刚刚创建的模板地址给到新建的报表，随后添加报表文本，写入一些基本测试信息，如测试人、测试产品型号、测试产品版本、测试日期这些。然后就是添加表格至报表，从这步开始其实就是向文件添加数据，即将测试数据写入模板，如图4-14所示，P1dBm、Harmonics、ACP，而上面的这些data就是在模板中我要输入数据地方的名称，确保测试得到的数据出现在我想要出现的位置。黄色方框-1代表列宽，即确定报表表格中每列的宽度。如果使用了模板且要求列宽度不变，则需要设置为-1。图4-13创建报表图4-14输出数据调用模板1.25GNRFEMATE系统验证与测试结果分析在开始测试前我们首先需要进行一些硬件操作，校准仪器完毕之后连接5G芯片，连接电源电压以及MIPI板，如下图4-15所示，图4-15左边所示为MIPI板，右边对应的是它的引脚连接方式。5G芯片连接如下图4-16所示，电源电压VBATT连接3.7V，SCLK、SDATA、VIO与MIPI板上对应相连，VCC=VCC1=VCC2连接电路电压3.8V/3.4V/1.0V，随后写入MIPI值，根据不同状态配置和启用功率放大器，如下图4-17所示。MIPI使用两条讯号线，一个有主设备控制的时脉讯号(SCLK)，一个单/双向数据讯号(SDATA)，以及一个I/O电源/参考电压(VIO)。每一个实体从设备都必须有一个SCLK输入接脚、一个SDATA输入或双向接脚，以及一个VIO接脚，以确保设备间的讯号相容。图4-15MIPI板及其引脚连接图4-165G芯片连接图4-17配置和启用功率放大器1.2.11dBm压缩点测试结果与分析1dBm压缩点是显示PA线性度的一个指标，同时也是输出功率的性能参数，压缩点越高意味着输出功率越高。P1dBm是指在与很低的功率时相比增益减少1dBm时的输入（或输出）功率点，它的作用是用来衡量信号在连续变化过程中增益的稳定程度。正常情况而言，PA的输出功率会随着输入功率呈线性增加，但是到一个点后，PA会进入饱和区，届时即便输入功率再增加，输出功率也不会再变化。P1dBm测试结果如下图4-18、4-21、4-24所示，1dBm压缩点测试时的频率带宽为3.5GHz，电源电压VBATT=3.7V，图4-18所示是VCC1=VCC2=3.8V时的测试数据，此时为包络跟踪ET模式，根据表2-5可知该模式下输入“0100”可以配置启用放大器，换算成十进制输入MIPI值Register0、Data4，随后输入Register1C、Data1打开PA使其工作，SlaveAddr始终为F。从图4-18中可以看到其不同输入功率下的输出功率，输入功率是自定义的，随后使用输出-输入算出增益，并实时记录其电流，测试数据与表2-4相比，所有增益都在其规定范围20-29dBm，并且与其标准值21.6dBm都所差无几，在图中标蓝的那一行，即输入功率为8dBm便是3.8V时的1dBm压缩点。如下图4-19所示，IBATT=18mA，ICC1+ICC2=1015mA，与表2-4中ET模式下的标准值IBATT=21mA，ICC1+ICC2=1100mA相差无几；如下图4-20所示，Gain=21.44dBm，与表2-4中的标准值Gain=21.6dBm相差无几，测试数据良好。图4-183.8V1dB压缩点测试数据图4-193.8VET模式下的标准电流值图4-203.8VET模式下的标准增益值图4-21所示是VCC1=VCC2=3.4V时的测试数据，此时为HPM高功率模式，根据表2-5可知该模式下输入“0101”可以配置启用放大器，换算成十进制输入MIPI值Register0、Data5，随后输入Register1C、Data1打开PA使其工作，SlaveAddr始终为F，由于如果只进行以上操作，无法达到表格中所要求的标准值，这个时候我需要参照表2-6输入MIPI值调节其模式，为达到增益29dBm，输入Register1、Data5F调节模式，输入Register1C、Data1运作其模式。从图4-21中可以看到其不同输入功率下的输出功率，输入功率是自定义的，随后使用输出-输入算出增益，并实时记录其电流，测试数据与表2-4相比，所有增益都在其规定范围25-33dBm，此范围是指在经历1dBm压缩点之前，并且与其标准值29dBm都所差无几，在图中标蓝的那一行，即输入功率为1dBm便是3.4V时的1dBm压缩点。如下图4-22所示，IBATT=16mA，ICC1+ICC2=609mA，与表2-4中HPM模式下的标准值IBATT=11mA，ICC1+ICC2=615mA相差无几；如下图4-23所示，输出功率POUT=27.94dBm，与表2-4中HPM模式下POUT=28dBm相符，测试数据良好。图4-213.4V1dB压缩点测试数据图4-223.4VHPM模式下的标准电流值图4-233.4VHPM模式下POUT=28dBm图4-24所示是VCC1=VCC2=1.0V时的测试数据，此时为LPM低功率模式，根据表2-5可知该模式下输入“0110”可以配置启用放大器，换算成十进制输入MIPI值Register0、Data6，随后输入Register1C、Data1打开PA使其工作，SlaveAddr始终为F，由于如果只进行以上操作，无法达到表格中所要求的标准值，这个时候我需要参照表2-6输入MIPI值调节其模式，为达到增益12dBm以及输出功率POUT=3.5dBm，输入Register1、Data5F调节模式，输入Register1C、Data1运作其模式，在达到该标准值时，信号发生器的输入功率大约在-8.5dBm。从图4-24中可以看到其不同输入功率下的输出功率，输入功率是自定义的，随后使用输出-输入算出增益，并实时记录其电流，测试数据与表2-4相比，所有增益都在其规定范围10-16dBm，此范围是指在经历1dBm压缩点之前，并且与其标准值12dBm都所差无几，在图中标蓝的那一行，即输入功率为4dBm便是1.0V时的1dBm压缩点。如下图4-25所示，IBATT=7mA，ICC1+ICC2=53mA，完全符合表2-4中LPM模式下的标准值IBATT=7mA，与ICC1+ICC2=51mA相差无几；如下图4-26所示，Gain=11.98dBm，完全符合表2-4中LPM模式下的标准值Gain=12dBm；如下图4-27所示，输出功率POUT=3.84dBm，与表2-4中LPM模式下POUT=3.5dBm相差无几，测试数据良好。至此，P1dBm全都测试完毕，该指标参数达标，信号在连续变化过程中增益的稳定程度较高。图4-241.0V1dB压缩点测试数据图4-251.0VLPM模式下的标准电流值图4-261.0VLPM模式下的标准增益值图4-271.0VLPM模式下POUT=3.5dBm1.2.2Harmonics测试结果与分析Harmonics测试即谐波测试，谐波的存在会使电气设备因额外损耗而出现过热的情况，从而增加了能量的损失，降低了电力系统的可靠性，由于谐波对输电线路及用电设备有严重影响和危害，所以我们必须要对系统中的谐波进行检测。如下图4-28所示，二阶Harmonics值为-45.06dBc左右，三阶及以上Harmonics值为-61.68dBc左右，与表2-4中的二阶Harmonics标准值-40dBc相差无几，小于最大值-35dBc；与三阶及以上Harmonics标准值-75dBc虽然差的有一点小多，但是从下图4-29Harmonics测试数据采集界面可以看到高阶Harmonics值可达-77.95dBc、-76.59dBc等，所以是符合标准值的，并且测试数据均小于最大值-42dBc，故所有Harmonics测试结果满足其要求。图4-28Harmonics测试数据图4-29Harmonics测试数据采集界面1.2.3ACP测试结果与分析ACLR是LTE射频发射机一致性测试中的一个重要的发射机特性。这些测试的