5G應用助推射（shè）頻前端趨（qū）向（xiàng）模組化
5G網絡是新一代移動通信技術，在（zài）智能手機和其（qí）他設備（bèi）上提供比（bǐ）以往更快的速度和更可靠的連接。由於5G具有支持高帶（dài）寬和（hé）低延遲應（yīng）用（yòng）的創新特性和功能，因此有必（bì）要（yào）添（tiān）加大量新的射頻（RF）組件以支持新的無線電頻段和組合。對於應用廣泛的Sub 6 GHz頻（pín）段來（lái）說（shuō），每（měi）年都會擴展新的頻段來支持不同的（de）終端應用。新頻段的（de）加入，使多模式多頻段（MMMB）的智能手機能夠支持更多的通信製（zhì）式，具有更好的使用體驗，但同時也使智能手機射頻前端（RFFE）的複雜（zá）度大大增加。與4G智能手（shǒu）機相比，支持5G模式（shì）手機除了（le）頻（pín）段擴（kuò）展外，還需要向下兼容，所需（xū）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（chí）不同的終端應用
圖2 5G手機所需的（de）濾波器和通道數量大幅度增加（jiā）
在通（tōng）信設備中，射（shè）頻信號處理單元負責信號的發送（sòng）與接收（shōu），包含射頻收發器（qì）、天線、射頻前端模組（FEM）等。其中，射頻前端模組是無線連（lián）接的核（hé）心，它由一係列器件構成，包含功率放（fàng）大器（PA）、濾波器（Filter）、切換開（kāi）關（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理功能。
其中，濾波器是射頻前端中最重要的分立器件，它的（de）主要作用是使信號中特定頻率成分通過而極大衰減其（qí）他頻率成分，從而提高信號的抗幹擾性及信（xìn）噪（zào）比。目前，在手機射頻（pín）市場中主要采用聲（shēng）學濾波技術。根據（jù）製造（zào）工藝（yì）的不同，聲學濾波器又分（fèn）為聲表麵波濾波器（SAW）和體聲波（bō）濾波器（BAW）兩（liǎng）大類。由於工藝複雜度、技術以及成本的限製，當前通信標準下更多的射頻前端采用了SAW濾波器。隨著5G滲透率的提升，BAW濾波器優異（yì）的性能以及對高頻的支持有望使其成為手機射頻前端的主流器件。
在實際應用中，濾波器和（hé）雙工器是射頻（pín）前端（duān）模組的（de）基礎器件，使用量非常大（dà）。根據Yole預測，在射頻前（qián）端市場中，濾波器的價（jià）值（zhí）占比（bǐ）超過50%，2017-2023年濾（lǜ）波器複合增速約為19%，超過（guò）整體需求約（yuē）14%的平均增速。
迅速增加的頻段和（hé）射頻器件數量為智能手機帶來（lái）了挑戰，除了複（fù）雜度的提（tí）升（shēng）以外，對射頻器件占用空間的逐步壓縮和載波聚合的應用，使得傳統（tǒng）的（de）分離式射頻器件越來越（yuè）難以滿（mǎn）足新的需求，射頻器件模組（zǔ）化已成行（háng）業發展趨勢。依據不同需求，射（shè）頻前端模組（zǔ）的構成也有所差別，下圖為幾種典型的原理（lǐ）框圖。其中開關的控製接口是標準化的MIPI 接口。
圖3 典型的射頻前端模組原理（lǐ）框圖
不（bú）同形態模組的端口數從幾個（gè）至幾十個不等。針對多端口器件的測（cè）試，尤其是（shì）大批量生（shēng）產測試，一個優秀的（de）測試方案，除了確保完整的電性能測試，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（fǒu）找到這樣完美的測試解決方案呢？
答案是肯定的，而且還是兩種，你完全（quán）可以根據實際需求實現優中選優。
R&S多（duō）端口矢（shǐ）量網絡分（fèn）析儀是射頻（pín）前端多端口測試的最佳選擇
圖（tú）4 R&S ZNBT以及R&S ZNB + ZN-Z84是兩款專門針對射頻前端多端口（kǒu）器（qì）件的測試方案
R&S ZNBT多端口（kǒu）矢量網絡分析儀
這是（shì）一款真正（zhèng）的多端口（kǒu）矢量網（wǎng）絡分析儀，能夠提供（gòng）最多 24個集成式測試端口。它可以並行測試多台被測設備（DUT），或測量（liàng）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（xùn）速成為（wéi）一款業界領先的緊湊（còu）型射頻前端模組測試解決（jué）方案。即便在帶有多個端口的情況下，R&S ZNBT也隻需要很短的測量時間，並保持穩（wěn）定（dìng）的性能（néng）。
此外，由於每個測試端口都配備了一個反射計（Reflectometer），這一設計有效消除了測試端（duān）口（kǒu）和測量接收機之間的損耗。因此（cǐ），ZNBT擁有寬（kuān）動態範（fàn）圍、高輸出功率、低（dī）跟蹤噪聲（shēng）等（děng）特性。在多端（duān）口測量中，具有高度穩定性、重複性和精確（què）度。
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R&S ZNB + 射頻開關矩陣R&S ZN-Z84
在該方案中，矢量網絡分析儀 ZNB在速度、動態及穩定性方麵非常優（yōu）異（yì）。通（tōng）過開關矩陣擴展端口數（shù）量， ZNB最多可進行48個端口測量。更（gèng）重要的（de）是， ZNB 內置了開關矩陣的軟件驅動，包含速度優先和性能優先工作（zuò）模式，可自動完成對應測試端口（kǒu）的切換功能。另外， ZNB具有去嵌入功能，為DUT提供（gòng）真實運行環境的測試條件。
從硬件結構上看（kàn）， ZNBT的每個端口都配置兩個獨（dú）立的（de）接收機（jī），並接入內置信（xìn）號源，所以ZNBT任意2端（duān）口的（de）性（xìng）能指標都與一台相同端（duān）口數的通用級ZNB相（xiàng）當。對於多個測試端口，ZNBT可同時輸出信號，以完成多個DUT的並行測試，進一（yī）步提高測試效率（lǜ），且多（duō）端口應用時速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（fèn）析儀硬件結構
ZNB + 射頻開關矩陣R&S ZN-Z84，這一經典測試（shì）方案，主要（yào）借助（zhù）射頻開（kāi）關矩陣進行端口的擴展，具有低成本優勢。缺點是（shì）對於多端（duān）口器件的測試（shì），需要多次掃描（miáo），無法實現並行測試。值得一提的是，由於內置了開關矩陣ZN-Z84的驅動，僅需連接控製線，如USB、LAN或PCIe等（děng），ZNB就會識別並（bìng）控（kòng）製開關矩陣（zhèn）ZN-Z84進行自（zì）動切換和測試。因此，該方案的實現相對簡單（dān），無需編（biān）寫外部程控軟件。
圖6 R&S ZNB + 射頻開（kāi）關矩陣R&S ZN-Z84硬件結構
談到兩個方案的共同點，那就是它們都支持射頻前端模組的MIPI控製接口，除了輸出用戶定義的GPIO控製信號（hào）外，還可以提供CLK和（hé）DC供電，以及測試中要求（qiú）的電流測試能力（lì）。
圖7 ZNB 後麵板的MIPI 接口
在（zài）測試（shì）軟件方（fāng）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（cè）試流程的觸發功能，以適應不同測試狀（zhuàng）態下輸出的（de）GPIO控製信號（hào），有效降低了總的測試時間。
分離的（de）射頻測試和MIPI 控製方案
ZNB/ZNBT一體化的射頻測試和（hé）MIPI 控製（zhì）方案
根據YOLE的統計數據，2018年全球RF FEM（射頻前（qián）端模塊）消費量為（wéi）96億個，隨（suí）著5G的不斷發（fā）展，預計2023年全球RF FEM的（de）消費量將（jiāng）增長至135億個。
圖（tú）8 5G技術轉型導致RFFE的複（fù）雜性不斷上升（圖源：ABI Research)
事實上，支持5G的新（xīn）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端（RFFE）的複雜性（如圖8）。我們這次推（tuī）薦的一體化測試方案不（bú）僅實現起來非常簡（jiǎn）潔，更重要的是可以進一步提高測試效率（lǜ），大幅降低（dī）測試的時間成本。
從（cóng）小編的角度看，應（yīng）對多端口射頻前端模組的測試，尤其是大批（pī）量生產測試，多端（duān）口矢（shǐ）量網絡分析儀（yí）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款測試方案，均充分考慮了成本和效率的平衡。當然，最後選擇哪一種方案，還要（yào）視具體情況來決定。畢竟，鞋子合（hé）不合適，隻有您（nín）的腳知道！
