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轻松搞定11ac测试难题
用对的仪器 为研发与生产加分

【作者: 王岫晨】2013年08月15日 星期四

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智慧手机与平板电脑市场的爆炸性成长,带动了行动通讯模组采用各种不同无线通讯标准的需求。除了各种不同的行动通讯标准外,新一代的无线WiFi技术802.11ac,也正迅速地被广泛使用于数据通讯的应用。为能符合这些功能需求,制造商迫切需要能够快速并精确对最新无线技术标准执行量测,且同时尽量节省制造成本的仪器。


视讯与资料传输开启新市场

使用者愈来愈习惯于透过手机来观赏多媒体影片,罗德史瓦兹应用支援经理陈飞宇指出,视讯讯号的传输对使用者来说,是一翻两瞪眼的。如果讯号不好,无法无缝衔接,就很容易遗失封包,导致视讯播放不顺畅、断​​断续续的,对消费者来说就是个不好的使用经验。


对于802.11ac或LTE等这类采用MIMO多重输入输出的设备来说,通讯品质非常重要,有相对高的品质,才能为这些厂商带来丰厚的利润。而这些通讯设备的品质,就得由量测厂商来把关,让这些客户的产品上市之后,都能保有最佳品质。


需具备哪些能力?

视讯应用开启了大容量的无线传输需求,市场需要更快速、更稳定的通讯品质,然而频宽却是有限的。 MIMO的出现,让无线频谱可以获得更有效的利用,这对于诸如视讯传输这样的应用来说,更有其商业价值。


陈飞宇说,802.11ac使用更多的空间串流传输技术,并采用MIMO天线,可提供最高达80MHz的资料传输频宽,而透过通道聚合技术更可将资料通道总频宽提高至160MHz。而由于802.11ac是建立在现有的802.11n基础上,对于系统厂商来说,802.11ac更容易地从现有的无线网路和应用中进行过渡。


当然,对制造商和设计人员来说,802.11ac比802.11n更具挑战性。他们不仅需要更大的频宽、更多的设计影响,也面临着重大的测试挑战。目前11ac所需的测试条件,已经超过目前产线上WiFi测试仪器的能力。


究竟要满足怎样的测试条件,才能成为一台合格的802.11ac测试仪器呢?基本上,除了VSA(向量讯号分析仪)与VSG(向量讯号产生器)至少需达到80MHz的中频频宽,还必须完全支援11ac的MIMO强化,并改善11ac发射器测试的调变精确度。


11ac是无线通讯技术的重要演进。透过OFDM调变机制与更大的频宽,让更多行动应用成?可能。而11ac设备制造商,除了需充分理解这项技术特性之外,也必须确保测试设备能更精准地测试这些产品。


PXI扮演救世主

传统半导体RF元件的测试,均需透过笨重且昂贵的ATE(自动化测试)设备来进行,过程耗时,且十分不经济。面对这样的问题,市场似乎需要更有弹性、更低成本、且维持高可靠度的新型态仪器设备。也因此,完全具备这些优势的PXI模组化仪器,正好扮演了RF市场的救世主角色。


NI行销经理郭皇志指出,事实上随着近年来无线通讯市场的蓬勃发展,新一代RF元件诸如802.11ac的测试,早就成为相关厂商心中最大的隐忧,特别是传统ATE仪器动辄高达数千万元的购置成本,与接脚数过多的低弹性,让测试过程所费不赀。


面对ATE设备成为测试过程中的痛,量测厂商以更具优势的仪器来取代传统ATE设备成为当务之急。而PXI模组化仪器的出现,也直接解决了困扰业者已久的测试问题。


郭皇志说,其实PXI仪器的优势,早早就体现于测试市场之中。与ATE设备相较,PXI仪器的购置成本仅需ATE的十分之一,且具备高度弹性,不必像过去需以过多接脚的ATE设备来测试RF元件。这已经在RF测试市场造成很大的回响。


事实上,PXI RF仪器的出现,适时填补了原本市场上所缺乏的低价格与低接脚仪器产品这个区块,着实让RF仪器采购人员笑颜大开。在这些优势的催化下,PXI仪器未来在RF元件测试市场,势必将持续夺下更高的占有率。


当然,PXI RF仪器尽管已在RF测试市场稳占一席之地,只不过高速数位讯号仍是PXI仪器的最大罩门,使得ATE设备在固有疆域还是站有稳定基础,例如高速数位与高功率电源晶片等测试市场,仍由ATE所把持,PXI难越雷池。



图一 : NI以其PXI模块化仪器的成本与弹性优势前进RF测试市场
图一 : NI以其PXI模块化仪器的成本与弹性优势前进RF测试市场

手机整合11ac箭在弦上

由于智慧手机、平板装置与智慧电视等应用需求不断涌现,In-Stat预估到了2015年,全球对于11ac晶片的需求量,预计就将达到10亿颗,也可了解11ac对于市场的影响力。


百佳泰认证服务处副理余霖骐认为,行动装置整合WiFi已是主要趋势。特别是新一代的高阶智慧手机,支援11ac已是箭在弦上。只不过智慧手机毕竟电池容量有限,即使近年来智慧手机尺寸逐渐增大,对于电池容量的提升也有其局限。这使得采用了MIMO技术的11ac,必须尽可能的提升能源效率才行。 11ac所承诺的能源效率,就是11n的两倍。这对于行动装置内建11ac通讯功能,不论是采用单天线方案,或是走向多天线架构,都能为电池的续航力加分不少。


台湾罗德史瓦兹应用工程支援部经理林志龙指出,身为无线射频量测的仪器厂商,最重要的是能同时满足研发端的高阶测试需求,与产线端的中阶测试需求。毕竟这两端对于测试速度、CP值与量产等需求截然不同。产线上讲求效率,也就是单位时间需要测试完成更多产品,因此会需求CP值更高的中阶仪器设备。至于研发端,重点在于新产品的推出,量测时间要短、项目要少,需求的就是高阶的测试仪器。


规范严谨 仪器为研发后盾

11ac几乎已经赌定成为下一代无线区域通讯的主流技术,各种相关应用纷纷积极支援11ac标准。只不过,由于11ac的规格制订上,细节规范非常严谨,对于11ac的通讯设备生产商来说,要如何去符合WiFi联盟所制订出来的标准,确实已成为研发过程中最大的挑战。


安立知资深应用工程师何信志例举研发端的工程师为例,在11ac产品的早期开发阶段,通常研发人员会采用晶片厂所提供的公板来进行开发升级,然而开发过程不仅要符合流程,也必须将这些公板的尺寸进一步缩小,这是研发过程所会面临的主要问题。


何信志说,工程师必须在其原有的电路架构下,进行尺寸的微缩、绕线等工作,并满足原有应用端需求。这样的过程必须十分精确,不容误差的出现。而从参考用的公板,到后续的自行开发,结果必须能符合原始设定的传输速率。而量测仪器所扮演的角色,就是让研发人员知道最终的设计结果,与参考设计是否出现落差。


另外,也必须测试传输速率是否与晶片厂商的数据相符。藉由测试仪器可得知研发过程是否有做好匹配,以防止传输特性变差。而功耗与散热等问题,也都必须在测试的过程中去找出来,才能提升最终产品的稳定性。特别是户外的AP热点,通常还需要加上功率放大器,这都会造成产品功耗的增加。


透过软体 为仪器加值

除了硬体满足各种不同阶段的测试需求之外,软体更是测试过程不可缺少的一环。特别是今日工程师无法花费过多的时间在于仪器使用的学习上,透过更有效率的软体,与更人性化的介面,让操作过程能更迅速简便,加快测试速度,其实已经是测试仪器大厂对于客户责无旁贷的任务。特别是对于通讯晶片大厂来说,由于晶片不断推陈出新,与量测厂商的策略合作格外重要。


量测厂商必须先将晶片客户研发端所需的测试项目,全都进行软体自动化,来方便这些晶片厂商的测试与验证过程。至于已经拥有硬体测试平台的客户,更能直接透过软体的升级,来拥有不同的测试能力,这已经是在追求高CP值的测试市场中,不可或缺的重要选项。


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