射频功率放大器全自动测试方案

　　功率放大器（ PA， Power Amplifier） ， 是各种无线发射机的重要组成部分， 是射频前端最主要的器件之一。将调制振荡电路所产生的射频信号功率放大， 以输出到天线上辐射出去。PA的性能直接决定了无线终端的通讯距离、 信号质量和待机时间， 也是射频前端功耗最大的器件。

　　根据QYR Electronics Research 数据， 2011-2018 年， 全球射频功率放大器的市场规模从25.33亿美元增长至31.05亿美元， 年均复合增长率2.95%；预计至2023年， 市场规模将达35.71亿美元。PA市场整体增速较其他射频前端芯片增速低， 主要是因为高端4G和5G PA市场将保持增长， 但是2G/3G PA市场将会逐步衰退。2020~2025年全球手机射频前端将从185亿增长到258亿美元，CAGR +7%，5G是最主要驱动力：1） 5G（Sub 6GHz）：四大技术驱动ASP从4G的$17增长到$25；2）毫米波：新增ASP $18的AiP天线模组。除此之外。WiFi6亦驱动手机WiFi射频器件市场规模从2020年$25亿增长到$34亿。模块化：5G加速射频前端模块化，但在成本与性能的权衡下，未来几年中低端机依然会采用大量分立器件，模组与分立器件市场规模皆有增长。

 

 

　　图1，射频前端是智能手机里的核心器件之一，主要由四大模块组成：功率放大器（PA）、开关、滤波器和低噪声放大器（LNA）

近几十年来，无线通信技术的飞速发展，射频和微波电路不仅促使军事领域大步迈向现代化，更在诸多领域都得到了广泛的应用，极大程度地提高了人们的生活水平，可以说它已经成为我们工作和生活中不可或缺的工具。在所有射频和微波系统中几乎都要用到放大器，放大器也是通信、雷达和卫星转发系统中必不可少的单元，因此应用非常广泛。通信系统的关键组成部分包含信号收发机，其中功率放大器（以下简称PA）作为发射机链路中的重要模块，其作用是：将前端产生的微弱信号进行功率放大，使之获得足够高的功率后馈送到天线上辐射出去，从而有一个更远的传输距离。因此，PA性能的好坏直接影响发射机整体的工作质量，十分关键。

　　通过使用全自动探针台及测试仪表对生产中的PA芯片进行射频电参数测量和提取，可以利用智能的测试分析软件系统直接反映出产品在制造过程中是否符合工艺要求，以及存在哪些质量问题。

  列举了 GaN 射频器件典型的测试性能功率放大器（PA）的常需要测试的项目如下：

　　1，直流特性：栅极开启电压、静态工作点、漏极击穿电压

　　2，射频性能：S参数、输出功率、增益、效率互调、噪声系数3，系统级指标：调制信号下的ACPR和EVM

　　4，ATE测试：DC、RF、EVM等

　　5，PA器件的缺陷测试：栅极迟、动态电阻和电流崩塌。

　　GBITEST 提供了完整的PA全自动测试方案

　　致力于解决功放测试中的挑战和难题

　　易捷测试功放（PA）芯片全自动测试系统通过软件控制矢量网络分析仪、函数信号发生器、高精度数字万用 表、电流夹、推放等仪器、全自动/半自动探针台及相应的硬件改造，实现晶 圆级的PA射频RF参数测试及相关表征。

 

 

　　用MPI TS2000-SE 探针台的部分测试结果

　　在片测试的最大挑战有几个方面：

　　如何保证探针端面的S参数、功率校准精度

　　如何实现尽可能少的压针完成全部参数的测量。

　　PA芯片的尺寸越来越小，普通的测试夹具已经无法满足芯片的微米级探测

 

 

　　利用提供的探针座系统，可轻松搭载市面上已有的所有射频探针及相应的校准片

　　PA芯片测试结果的优劣由整个测试系统决定，其中探针台性能的好坏对于测试 结果起决定性影响。有别于传统探针台，面临这些问题MPI TS2000-SE、TS2000-HP等探针台可完美解决。

　　探针台测试的校准通常会在同轴端面和探针端面分别进行S参数的校准，同时在同轴端面进行功率校准，通过两级S参数校准得到的参数对探针端面的功率进行修正确保探针的功率精度。“单次连接，多次测量”可以通过基于PNA-X网分的基于多个通道的完整参数测试实现。

 

 

　　仪表系统的搭建（连续测试方式和脉冲测试方式）

　　GBITEST自主研发平台化系统软件通过 LAN、PXI及GPIB 线缆多种方式进行对测试仪表、探针台及服务器的双拓扑架构控制；该测试软件真正意义上实现快速、简洁的自动化PA晶圆级测试，并帮助工程师降低晶圆级测量系统操作的复杂性。同时结合多个FAB的工程师操作习惯优化UI，可以快速设定和执行测试计划，提供出色的数据处理和显示功能，以便分析测量数据。软件还预留了可扩展接 口，为将来进行测试功能扩展提供了方便。

 

 

易捷测试（GBITEST）在片检测平台软件示意图

　　方案优势总结 ：

　　1. PA全片自动测试方案可移植性高，兼容多种半自动、全自动探针台、定制机台， 可快速实现芯片测试、数据处理等功能；

　　2. 可按照客户需求迅速搭建测试系统，缩短测试人员在选仪表上花费试错的时间，及 资金浪费；

　　3. AOI智能化识别模块，可实现测试时的PAD定位；

　　4. 可升级至预匹配后的模块测试，减少人员干扰，提高一致性；

　　5. 灵活的MAP编辑功能，百万级DIE的兼容性，多种BIN颜色可选，明文格式导出；

　　6. 自主开发的软件平台，无需二次购入第三方平台软件，减少经费投入。也无需担心 进口软件平台未来限制等使用风险问题；

　　7. 可实现单个站点或多站点测试复用、数据堆叠等功能；

　　8. 优化后的软件架构，同比借助于第三方平台开发的大而全的软件，将会更加稳定且 快速；

　　9. 该套系统方案在国内多名客户端均使用，数量＞20套。10. 系统兼容性高，无需更换硬件可直接替换成非功放类芯片的全自动测试系统。