5G射頻前端成敗關(guān)鍵在測試

5G 帶來了眾多機(jī)遇，但挑戰(zhàn)也不期而至。為了釋放 5G 的商業(yè)潛力，芯片和終端工程師必須克服在技術(shù)演進(jìn)道路上出現(xiàn)的重大挑戰(zhàn)：毫米波傳播和信道建模、寬帶校準(zhǔn)、復(fù)雜的天線系統(tǒng)、波束賦形、空口測量、為實(shí)現(xiàn)峰值數(shù)據(jù)吞吐量而實(shí)施的協(xié)議優(yōu)化、數(shù)字接口能力、電池續(xù)航時間提升等等。

對智能手機(jī)供應(yīng)商而言，任何重大延誤都可能是災(zāi)難性的。隨著智能手機(jī)市場的日益成熟以及持續(xù)的激烈競爭，如何保持競爭力對于OEM廠商至關(guān)重要。更重要的是，OEM廠商對下一代無線網(wǎng)絡(luò)寄予厚望，期望通過網(wǎng)絡(luò)的提升刺激手機(jī)升級的需求并且加速更換周期。

射頻前端(RFFE) 是移動電話的射頻收發(fā)器和天線之間的功能區(qū)域，主要由功率放大器 (PAs) 、低噪聲放大器 (LNAs) 、開關(guān)、雙工器、濾波器和其他被動設(shè)備組成。如果沒有適當(dāng)?shù)腞FFE，設(shè)備根本無法連接到移動網(wǎng)絡(luò)，從而對于如今的用戶來說毫無用處。一個設(shè)計(jì)合理的RFFE對于當(dāng)前在手機(jī)性能、功能和工業(yè)設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新是至關(guān)重要的。

層出不窮的新技術(shù)，加上原有的傳統(tǒng)技術(shù)、各種用例的混合使用以及廣泛的載波頻率和帶寬，這一切結(jié)合起來，給業(yè)界帶來了更加巨大和復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

很難啃，卻“肥得流油”！數(shù)據(jù)顯示，手機(jī)射頻（RF）前端模塊和組件市場發(fā)展迅猛，2016年其市場規(guī)模為101億美元，預(yù)計(jì)到2022年將達(dá)到227億美元，復(fù)合年增長率為14%。這樣的高速增長，惹得其它半導(dǎo)體市場中的廠商羨慕不已。

2016~2022年手機(jī)射頻前端模塊和組件市場

射頻前端這塊肉真是“肥的流油”??！有木有？

隨著整個行業(yè)向LTE-Advanced Pro與5G邁進(jìn)，射頻前端的設(shè)計(jì)將變得更為復(fù)雜。新的無線網(wǎng)絡(luò)需要更多的射頻前端功能，包括高階多輸入多輸出與大規(guī)模多輸入多輸出、智能天線系統(tǒng)以及復(fù)雜的濾波功能。目前一臺支持雙載波聚合的高端智能手機(jī)的射頻前端組件數(shù)量已經(jīng)是一臺標(biāo)準(zhǔn)的3G智能手機(jī)的七倍之多，而且這個數(shù)量預(yù)計(jì)會隨著無線網(wǎng)絡(luò)升級成LTE-Advanced Pro與5G而翻倍。

“老司機(jī)”貪圖僥幸，栽了！

| 一個真實(shí)的開發(fā)故事

開發(fā)的產(chǎn)品越多，就越相信這個世界不存在完美的產(chǎn)品，不管開發(fā)者經(jīng)驗(yàn)有多豐富、設(shè)計(jì)方案有多完善，是個產(chǎn)品就會存在不足或遺憾。我朋友老陳是個非常仔細(xì)的人，這次我們卻一起走了一趟麥城，挺滑稽的是兩人都清楚千萬不要僥幸，結(jié)果兩人在不知不覺中就忘記了僥幸二字。

開發(fā)的產(chǎn)品越多，就越相信這個世界不存在完美的產(chǎn)品，不管開發(fā)者經(jīng)驗(yàn)有多豐富、設(shè)計(jì)方案有多完善，是個產(chǎn)品就會存在不足或遺憾。

故事是這樣的：老陳主導(dǎo)某手機(jī)品牌公司某產(chǎn)品的射頻開發(fā)，也是實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)負(fù)責(zé)人，略微吹點(diǎn)牛皮的說這個產(chǎn)品開發(fā)若不是他，還真難做出這么一個“優(yōu)秀”的產(chǎn)品。給這個產(chǎn)品的開發(fā)定義為“優(yōu)秀”是有一定理由的。開發(fā)過程是全方位的，產(chǎn)品性能、生產(chǎn)測試各個環(huán)節(jié)都有充分考慮，到工廠的時候完全就是交鑰匙工程，連生產(chǎn)文檔、測試夾具都有一并給工廠準(zhǔn)備好。從產(chǎn)品試產(chǎn)到量產(chǎn)，我們連工廠的門都沒進(jìn)過，生產(chǎn)到30K的時候，工廠只給出1個不良，到現(xiàn)在已經(jīng)出貨超過100K，客戶零投訴、零返修。

到這里大家可能就會有疑問，這樣說這個產(chǎn)品沒什么問題啊，這種狀況客戶肯定是相當(dāng)滿意，不會有什么意外發(fā)生啦。

是的，老陳就栽在了這種想法上。

我們在開發(fā)測試中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品偶爾會出現(xiàn)上發(fā)射端信號不良的情況，幾率非常之低。當(dāng)時老陳分析了這種情況，認(rèn)為用戶發(fā)現(xiàn)的幾率為百萬分之幾，于是就“僥幸”的認(rèn)為不是問題，就算發(fā)現(xiàn)了只要向客戶解釋清楚客戶“肯定”可以接受。隨著產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量的不斷增加，工廠在生產(chǎn)測試中發(fā)現(xiàn)有少量產(chǎn)品信號“不穩(wěn)定”，初測不合格，復(fù)測又一切正常，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。

就在這個時候，老陳被工廠品質(zhì)部門約見，可是品質(zhì)部門也頭大，很難再現(xiàn)問題癥狀，雖然約見了，他們始終無法闡述問題所在，這樣他們無法當(dāng)面演示發(fā)現(xiàn)的“不穩(wěn)定”的現(xiàn)象。于是討論結(jié)果是繼續(xù)觀察。

真佩服這個工廠品質(zhì)部門的老大，接下來他專門安排了一名品質(zhì)工程師全天測試，十天之后，幸好最后，該工程師找到了再現(xiàn)問題所在——由于品質(zhì)測試不注意，沒及時發(fā)現(xiàn)天線匹配電路的小問題導(dǎo)致射頻信號不穩(wěn)定。老陳最后總結(jié)得出，就算多簡單的事情都要一一測試！比如一個天線匹配電路，你可以通過不同匹配方式測試分析它對于總輻射功率，對總?cè)蚪邮侦`敏度的不同影響分析出來，你也就知道以后怎么樣的天線，前提是你得去做。

這樣的問題比較常見，最典型的是一次產(chǎn)品已經(jīng)上市了，交付了20K了，客戶在檢測時偶爾發(fā)現(xiàn)了一個問題，而在你到客戶那里時無論如何也不能重現(xiàn)。就只能再觀察了，關(guān)鍵的問題是尋找辦法來重現(xiàn)問題。但現(xiàn)在的產(chǎn)品開發(fā)周期如此的短，不容你來想辦法解決了。 只能來請上帝保佑了。但作為工程師，還是應(yīng)該不斷的總結(jié)了，不能忽視開發(fā)過程中的出現(xiàn)的任何問題，這方面我們要向日本的工程師學(xué)習(xí)，對于出現(xiàn)的問題，他們絕不放過，直到找到問題的根源。

雖然在射頻領(lǐng)域混了三十多年的老陳已經(jīng)退出了射頻界，但現(xiàn)在還是經(jīng)常念叨起這件事?，F(xiàn)在隨著5G技術(shù)快速鋪開，他對射頻前端開發(fā)和測試的事情尤其憂心忡忡。

5G時代，超難實(shí)現(xiàn)的射頻及硬件設(shè)計(jì)

他們選擇了這樣的測試平臺

以上只是射頻測試的冰山一角

NI重新定義了射頻測試