原创 创建无缝WiMax交换结构

　　一些新出现的芯片组把 WiMax 能力添加到移动 PC 和手机应用中，而实验室和生产测试仪器则在不断演变以求同步。

　　要 点
　　WLAN（无线局域网） 和 WiMax 应该互补而不是彼此竞争。

　　ATE (自动测试设备) 生产商正在使各自具有射频能力的系统适应 WiMax 测试要求，而台式和机架安装式测试仪器生产商则在为各种元件、模块和兼容 WiMax 的电器量身制造各自的仪器。

　　WiMax 标准还只是发展到了试图确保系统级互操作性的地步。

　　设计师必须意识到元件和模块EVM (误差矢量幅度)，以便不超过总体 EVM 预算。

　　高性能 ATE 使人们在 ATE 上就能确定芯片的特性，由此顺利过渡到高批量生产测试。

　　Wimax已蓄势待发，准备扩大在 PC 联网和手机通信领域的覆盖范围。半导体生产商在推广 WiMax 芯片组，而测试设备厂商则在提供芯片组和相关产品的测试所需的实验室仪器和生产 ATE 系统。WiMax 有望作为一种 PC 联网技术，也有潜力成为蜂窝通信技术（见附文《WiMax 市场与机遇》）。Aeroflex（艾法斯）公司的 Paul Argent 预计 WiMax 最初将把宽带无线访问能力带给笔记本电脑，尽管 WiMax 论坛成员认为，WiMax 是一种有多种应用的技术，其中包括蜂窝电话。他说，未来两年，WiMax 将主要为咖啡店和行驶车辆中的 PC 提供高速数据访问能力。

　　安捷伦公司 WiMax 业务团队负责人 Jennifer Stark 提醒说，不应该把 WiMax 看作是其它宽带无线访问技术的替代品。她按距离给无线技术分类——工作距离为 10m 以下的个人区域网，比如 UWB 和蓝牙；工作距离为 100m 以下的 WLAN；工作距离3英里至10 英里以上的 WiMax。至于 WiMax 与 WLAN 的竞争，她预计它们更多可能是互补，电器会根据客观条件，建立最有效的连接。例如她说，如果乘坐速度为 50mph 的列车，那么 WiMax 将是首选；如果处于静止情况，那么 WLAN 也许是最佳选择。

　　WiMax 芯片测试

　　为了测试批量生产的 WiMax 芯片，ATE（自动测试设备）生产商正在使具有射频能力的系统适应WiMax测试要求，而台式和机架安装式测试仪器生产商则在为各种元件、模块和兼容WiMax的电器量身制造各自的仪器。这些厂商还在应对服务提供商的测试需要，后者将安装和维护 WiMax 基础设施。Verigy 公司业务开发工程师 Adam Smith 说，WiMax 测试代表了从 WLAN 测试迈出的革命性的一步，因为在设计师努力把越来越多的特性装进更紧密的空间中时，WiMax 提出了更严格的要求。他说：“从测试设备角度看，设备需要具有很好的噪声性能，需要很灵敏。”安捷伦的 Stark 补充说，WiMax 的底层 OFDM（正交频分复用）方案导致了很高的“峰值对平均值”功率水平，由此使用非常准确的功率放大器测量变得很重要。
WiMax 芯片测试给芯片设计师和测试工程师带来了一些有启示作用的问题。一方面，要使 WiMax 被广为接受，测试成本（包括为支持测试而花费的芯片系统开销）就必须尽可能低。Smith 说，有人最终希望在 99 美元的移动设备中安装 WiMax 功能。另一方面，若干因素妨碍了快速全面的测试程序。WiMax 标准尚不成熟。更重要的是，这些标准还只是发展到了试图确保系统级互操作性的地步。它们对实现途径，以及实现过程中的功能块之间的信号传递均未提出要求。更麻烦的是，人们可能会发现自己无法访问功能块之间的信号。Teradyne 公司高级产品技术专家 Ken Harvey 指出，随着 WiMax 芯片集成度日益提高，人们将发现自己也许无法直接访问I（相位）和Q（正交）信号。他说：“人们将从射频直接到比特。”

　　由于没有标准规定由什么设备测试射频混频器和 ADC 之间的信号，或测试对这些信号的访问，因此人们将必须依靠系统级要求，比如被分辨信号的 EVM、数据流的误码率。安捷伦的 Stark 详细说明了这一点。她把 WiMax 市场划分成四个细分市场：芯片和元件、模块（有时被芯片生产商的参考设计代替）、电器、服务提供商。她也认为：EVM 是一个需要在电器级做测量的系统级规格，但提醒说，设计师必须意识到功率放大器等的元件和模块 EVM，以便不超过总体 EVM 预算。她说，测试最终将起关键作用，这是因为厂商在努力把 WiMax 功能放入有严格约束的电器中时，试图在特性、射频性能和功耗方面区分自己的元件。Stark 指出，幸运的是，WiMax 电器厂商将不会创造人们从未见过的全新设备。她说，WiMax 的使用案例是把它添加到目前供应的设备中，比如笔记本电脑、PDA、手机。
但是，系统（无论多熟悉）达到充分的系统级性能标准的方式各有不同，这取决于基带软件、系统设计，以及该系统的预定工作环境。因此，对于 WiMax 芯片，在它的系统性能规范和可测试行为之间没有直截了当的转换。

　　不过，某些功能块中的测试问题比另一些会更容易。例如，从测试角度看，数字基带只不过是另一种快速信号处理器。英特尔公司工程发言人说：“WiMax 芯片与我们在英特尔执行的其它任何单片系统 (SoC) 测试没有很大区别。这种零件通过了英特尔严格的产品可靠性和质量鉴定指导原则，包括多种温度、环境、电源变化条件下的晶圆测试、静电放电 (ESD) 应力、老化、模拟/混合信号测试。WiMax 芯片可使用SoC设计中常见的相同DFT ( 面向测试的设计) 技巧和硬件结构，比如实速扫描、ATPG (测试模式自动生成)，以及逻辑和存储器BIST (内置自测)。测试流程还包括对多个测试批次（skew lots）以及正常芯片批次的封装质量鉴定和芯片性能测试。”

　　基带芯片是一种专门的但依然可编程的信号处理器。它要么在正确工作，要么不在。设计师必须根据应用来调整软件，而这个挑战并非测试问题。

　　模拟领域

　　如果与射频芯片厂商攀谈，则会得到不同见解。在数字领域，芯片变化不会改变设备的性能，除非它们变得很严重，使电路断路。在射频和模拟领域，芯片内的变化就等于芯片性能的变化。正如业内一句老话所说，你测试的是数字电路，但你描述的却是模拟电路的特性。这一特点改变了测试工程师必须对 WiMax 等新兴技术采取的方法。

　　模拟器件公司 WiMax 芯片项目业务总监 Tom Gratzek 说：“WiMax 目前无处不在。存在不同频带、不同带宽要求、不同基带滤波方案。每个人都有自己的方法。”该公司提供 WiMax 前端芯片，包括射频级、混频器、ADC、DAC、一些数字滤波器。Gratzek 说，模拟器件公司测试芯片数字部分的方式与它对其它任何数字电路的方式相同：借助基于扫描的 BIST。但在这之后，事情更复杂了。

　　他说：“我们必须检查模拟信号链，看看有无缺陷。这本身就需要数百毫秒的测试时间。这之后，我们发现的唯一预测芯片将如何在客户的系统中工作的方法，就是以实速对芯片做模拟。”他解释说，这项测试并非完全的特性描述。这个测试计划算是一个巧妙的折中，公司把以下因素作为它的基础：工程实验室中对测试批次的完全特性描述、测试工程师用几次测试完美地检查诸多自由度的能力、来自公司那些从事客户设计的应用工程师的持续反馈。模拟器件公司用 2GHz、3GHz以及 4.9GHz 至5.9GHz 频带测试信号驱动接收器，并用相应的数字矢量驱动发射器。Gratzek 说：“我们扫掠每个频带的三个频率。遗憾的是，这个方法迫使我们使用大型主机射频测试仪，而这增加了数秒测试时间。”

　　这种方法并不独特。英飞凌公司的工程师报告说，他们一般也是实速模拟自己的 WiMax 芯片。他们在 4 MHz 利用 3.5 MHz 带宽信号的标准 64-QAM Rate 2/3 作为起点。但是英飞凌看到宽带视频应用客户的压力日益增加，他们需要把带宽扩大到10 MHz甚至20 MHz，由此导致了下至芯片、上至测试计划的变化。

　　但是，即使转向大型主机射频 ATE，这也并非解决方案的全部。Gratzek 说，模拟器件公司已用一些定制的频谱分析设备增强了其测试仪本已很难应付的硬件。这些设备还在芯片和受测设备卡中集成了一些专有的设计特性，以便扩大覆盖范围并缩短测试时间。这使测试团队能为接收器等的端到端测试做扫频，由此把天线输入驱动到低噪声放大器 (LNA)，并分析来自 ADC 的输出流，以便确定 EVM 和噪声系数。

　　这些最重要的数字向公司提供了晶粒是否合格及更多其他信息。例如，工程师能从端到端测试推断 ADC 的信噪比 (SNR) 和线性。而且测试团队甚至能提取更多详细信息，这是因为射频设计的数字可配置性程度很高。Gratzek 说：“我们能人工控制自动增益控制环，而且我们在测试期间就是这么做的。我们还能把数字滤波器从链的输出端拔出，来检验原始数字数据。并且我们还能强制设置模拟滤波器的某些特性，逐步检查 LNA 的增益设置等等。”这种方法使测试团队能在依然开展生产测试的同时，在必要时从端到端测试转向近乎诊断水平的检查。

　这种灵活性迟早有用。Gratzek 说：“我们正在向客户提供各种评估板的WiMax芯片，他们也用许多方式使用这些芯片。我们的应用工程师把使用数据反馈给测试团队，并且我们也努力调整测试预期客户应用的灵敏度。例如，许多客户改变滤波器设置获得他们想要的关于某种板或天线构造的 EVM。我们会努力根据这种构造来调整。”这种方法意味着应用支持团队在测试区为开发工作留出了时间。