5G應用助推射頻前端趨向模組化
5G網絡是新一代移動通（tōng）信技術，在智能手機和其（qí）他設備上提供比以往更快的（de）速度和更可（kě）靠（kào）的連接。由於5G具有（yǒu）支持高帶（dài）寬和低延遲應用的創新特性和（hé）功能，因此有必要（yào）添加大量新的射頻（RF）組件以支持新的無線電頻段和（hé）組（zǔ）合。對於應用廣泛的Sub 6 GHz頻段來（lái）說，每年都會擴展新的頻段來支持（chí）不同的終端應用。新頻段的加入，使多模式多頻段（MMMB）的智能手機能夠支持更多（duō）的通信製式，具有更好的使用體驗，但同時也使智能手機射頻前端（RFFE）的複（fù）雜（zá）度大大增加。與4G智（zhì）能手機相比（bǐ），支（zhī）持（chí）5G模式手機除了頻段擴展外，還需（xū）要向下（xià）兼容，所需的濾波器和通道數量隨之大幅度增加。
圖1 新的頻段不斷擴展以支持不同的終端應（yīng）用
圖2 5G手機所（suǒ）需的（de）濾波器和通（tōng）道數量（liàng）大幅度增加
在通信設（shè）備中，射頻信號處理單元（yuán）負責信號的（de）發送與接收，包含射頻收發（fā）器、天線、射（shè）頻前端模組（FEM）等。其中，射頻前端模組是無線連接（jiē）的（de）核心，它由一係（xì）列器件構成，包含功率放大器（qì）（PA）、濾波器（Filter）、切換開關（guān）（Switch）、雙工器（Duplexer）和低噪聲放大器（LNA）等，分別對應不同的射頻信號處（chù）理功（gōng）能。
其中，濾波器（qì）是（shì）射頻前端中最重要（yào）的分（fèn）立器（qì）件，它的主要作用是使信號中特定頻率成（chéng）分通過而極大衰減其他頻率成分，從而提高信號的抗幹（gàn）擾性及（jí）信噪比。目前，在手機射頻市場中主要采用聲學濾波技術。根據（jù）製造工藝的不同（tóng），聲學濾（lǜ）波器又分為聲表麵波濾波器（SAW）和體聲波濾波器（qì）（BAW）兩大類。由於工藝複（fù）雜度（dù）、技術以及成本的限製，當前通信標準下更多的（de）射（shè）頻前（qián）端采用了SAW濾波器。隨著5G滲（shèn）透率的提升，BAW濾波器優（yōu）異的性能以及對高頻的支持有望使其成為手機射頻前端的（de）主流器件。
在實際應用（yòng）中，濾波器（qì）和（hé）雙工器是射頻前端模組的基礎器件，使用量（liàng）非常大。根據Yole預測，在射頻前端市場中，濾波（bō）器的價（jià）值占比超過50%，2017-2023年濾波器複合增速約為19%，超過整體需求約（yuē）14%的平均增速（sù）。
迅速增加的頻段和射頻器（qì）件數量為智能手機帶來了挑（tiāo）戰（zhàn），除（chú）了複雜度的提升以外，對射頻器件占用空（kōng）間的（de）逐步（bù）壓縮和載波聚合的應（yīng）用，使（shǐ）得傳統的分離式射頻器件越來越難以滿足新的需（xū）求，射頻（pín）器件模組化已成行業發（fā）展趨勢。依據（jù）不同需求，射頻前端模組的構成也有所差別，下圖為幾（jǐ）種典型的原理框圖。其中開（kāi）關的控製接口是（shì）標準化的MIPI 接口。
圖3 典型的射頻前端模組原理框（kuàng）圖
不同形態模組的端（duān）口（kǒu）數從幾個至幾十個不等。針對多（duō）端口器件的測試，尤其是（shì）大批量生產測試，一個優秀的測試（shì）方案，除了確（què）保完整的電性（xìng）能測試，還需在效率和時間成本之間達到最佳平衡。在實際應用中，我們能否找到這樣完美的測試解決方案呢（ne）？
答案是肯定的，而（ér）且還（hái）是（shì）兩種，你完全可以（yǐ）根據實際需（xū）求實現優中選優。
R&S多端口矢量網絡分析儀是射頻前端多端口測試的最佳選擇
圖4 R&S ZNBT以及R&S ZNB + ZN-Z84是兩款專門針對射（shè）頻前端多端口器件的測試方案
R&S ZNBT多端（duān）口（kǒu）矢量網絡分析儀
這（zhè）是一款真正的多端口矢（shǐ）量（liàng）網絡分析儀，能夠提供最多 24個集成式測試端口。它可以並行測（cè）試多台被測設備（DUT），或測量一台最多達24個端口的被測設備。正是因為 ZNBT的高集成度，使其迅速成為一款業界領先的緊湊型射頻前端模組測（cè）試解決方案。即便在（zài）帶有多（duō）個端（duān）口的情況下，R&S ZNBT也隻需要很短的測量時間，並保持穩定（dìng）的（de）性（xìng）能。
此外，由於每個測試端口都配備了一個反射計（Reflectometer），這一設計有效（xiào）消除了測試端口和測量接收機之間的（de）損耗。因此，ZNBT擁有寬（kuān）動態範圍、高輸出功率、低跟蹤噪聲等特性。在多端口測量中，具（jù）有高度穩定性、重複性和精確度。
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R&S ZNB + 射頻開關矩陣R&S ZN-Z84
在該方案中，矢（shǐ）量網（wǎng）絡分析儀 ZNB在速（sù）度、動態（tài）及穩定性方麵非常優異。通（tōng）過開關矩陣（zhèn）擴展端口數量， ZNB最（zuì）多可進行48個端口（kǒu）測量。更重（chóng）要的是， ZNB 內置了開關矩（jǔ）陣的（de）軟件（jiàn）驅動，包含速度優先和（hé）性能優先工作模式，可自動完成對應測試端口的切換（huàn）功能。另外（wài）， ZNB具有去嵌（qiàn）入功能，為DUT提供真實運行環境的測試條件（jiàn）。
從硬（yìng）件結構上看（kàn）， ZNBT的每（měi）個端口都配置兩個獨立的接收機，並接入內置信號源，所以ZNBT任（rèn）意2端口的性能指標都與一台相同端口數的通用級ZNB相當。對於多個測試端口，ZNBT可同時輸出信號（hào），以完成多（duō）個DUT的並行測試，進一步提高測試效率，且（qiě）多端口（kǒu）應用時速（sù）度和各項指標依然保持穩定，不會惡化。
圖5 R&S ZNBT多端口矢量網絡分析儀硬（yìng）件（jiàn）結構
ZNB + 射頻（pín）開關矩陣R&S ZN-Z84，這一經典測試方案，主要借助（zhù）射頻開關矩陣進行端（duān）口的擴展，具有低成本優勢。缺點是對於多端口器件的測試（shì），需要多次掃（sǎo）描，無法實（shí）現並行測試。值得一提的是，由於內置了開關矩陣ZN-Z84的驅動，僅需連接控製（zhì）線，如USB、LAN或PCIe等，ZNB就會（huì）識別並控製開關矩（jǔ）陣ZN-Z84進行自動切換和測試。因此，該方案的實現相（xiàng）對簡單，無需編寫外（wài）部程控軟件。
圖6 R&S ZNB + 射頻開關矩陣R&S ZN-Z84硬（yìng）件結構
談到兩個方案的共同點，那就是它們都（dōu）支（zhī）持射頻前端模組的MIPI控（kòng）製接口，除了輸出用戶定義的GPIO控製信號外，還（hái）可以提供CLK和DC供電，以及測試中要求的電（diàn）流測試能力。
圖7 ZNB 後麵板的MIPI 接口
在測試軟件方麵，ZNB和ZNBT均提供了測試掃描序列編輯功能，支持MIPI對射頻測試流（liú）程的觸發功能，以適應不同測試狀態下（xià）輸出的GPIO控（kòng）製信號，有效降低了總的測試時間。
分離的射頻測試和MIPI 控製（zhì）方案
ZNB/ZNBT一（yī）體化的射頻測（cè）試和MIPI 控製方案
根據YOLE的統計數據，2018年全球RF FEM（射頻前端模塊）消費量為（wéi）96億個，隨著5G的不斷發（fā）展，預計2023年（nián）全球RF FEM的消（xiāo）費量將增長至135億個。
圖（tú）8 5G技術轉型導（dǎo）致RFFE的複雜性不斷（duàn）上升（圖源（yuán）：ABI Research)
事實上，支持5G的新頻率越來越多，使用的多路複用方法也越來越多，這大大增加了射頻前（qián）端（RFFE）的複雜性（如圖8）。我（wǒ）們這次推薦的一體化（huà）測試方案不僅實現起來非常簡潔，更重要的是可以進一步提高測試效率，大幅降低測試（shì）的時間（jiān）成本。
從小編的角度看，應對多端口射（shè）頻前端模組的測試，尤其是大批量生產（chǎn）測（cè）試，多端口矢量網絡分析儀是最佳選擇。R&S提供的兩種形式的多端口矢量網絡分析儀以及對應的兩（liǎng）款測試方案，均充分（fèn）考慮了（le）成本和效（xiào）率的平衡。當然，最後選擇哪一種方（fāng）案，還要（yào）視具體情況來決定。畢竟，鞋子合不合適，隻有您的腳知道！
