運用 NI PXI 執行 RF 前端元件測試

^{圖 1：典型的手機配置由許多元件組成，這樣才能提供無線通訊功能。}

天線

要將不同的天線整合到手機中並不容易。因為每項標準都有不同的頻率，因此最好使用特定的天線，才能獲得最高效能。有時候工程師為了共用天線，會使用濾波或預估非理想天線長度的損耗。拿一般的手機來說，工程師為了讓手機可在不同國家/地區使用，所以需要支援多種不同的頻帶，以支援 GSM 頻帶為例，最低到 380 MHz、最高則到 1,900 MHz。根據無線電訊號波長的計算結果，即可判斷天線長度為何。

因此根據簡易的偶極天線設計公式，天線的長度可能是 7.5 公分到 37 公分不等。

不只是共用天線，手機製造商還得面對另一道難題，那就是天線與電子元件阻抗匹配的問題。當天線接觸到非理想的媒介，像是金屬桌面或是接地時，天線的阻抗就會改變，造成訊號反射或衰減，也使得手機的電源管理相當困難。面對這樣的情況，目前最新的技術是使用微機電整合系統 (MEMS) 做即時的阻抗匹配調整。

雙工器

有了雙工器，就可以透過同一條共用天線來收發主要行動訊號；而手機搭載的雙工器就像一種快速切換裝置。來自基地台的訊號在透過 RF 收發儀進行降轉之前，通常先會經過低雜訊放大器 (LNA) 以增強訊號，最後傳送到基頻處理器 (見圖 2)。訊號產生功能會透過 PA 增強訊號，再回傳至基地台。

^{圖 2：手機接收 (如左圖) 並產生 (如右圖) RF 訊號。}

功率放大器

手機最重要的元件之一就是功率放大器 (PA)，能夠增強已產生的 RF 訊號。取決於不同的標準，功率放大器可以輸出高達 30 dBm (1 瓦特) 的功率。這對電池使用壽命的影響遠超過其他手機元件，所以工程師必須盡量提高放大器的效能。

RF 收發儀

RF 收發儀是基頻處理器主要的前端裝置，可將所選的 RF 頻率訊號降轉為中頻訊號 (通常低於 100 MHz)，並且進一步處理成基頻訊號 (0 Hz) 以取得原本所傳輸的複雜資料。除此之外也可以從處理器來升轉基頻資料，通常會透過 I/Q 調變器直接轉換成 RF 頻率。

基頻處理器

雖然基頻處理器並非本技術文章的重點，但是工程師也必須了解此元件的功能。基頻處理器收集 RF 收發儀所擷取的資料，接著再透過解調和其他訊號處理技術來擷取原始資料；資料內容千變萬化，可能包含影音資訊，或是上網用的瀏覽器位元資訊。基頻處理器也可以透過訊號處理和調變技術來反向處理這些資料。基頻處理器不只能管理實體層資料，也可以處理手機收發訊號的相關要求，以便與基地台保持聯繫。

RF 前端裝置 (例如 PA) 和其他行動裝置元件的差別之一，就是製造方式。由於矽 (Si) 的屬性不太適合用於微波式訊號，通常不會用來製造 RF 裝置，所以 PA 和其他 RF 前端裝置都採用砷化鎵 (GaAs)，一種很常見的半導體化合物。不過有些新型裝置也會使用磷化銦 (InP)、矽鍺 (SiGe) 和氮化鎵 (GaN) 等材質。這些化合物的優點在於電晶體接面更敏銳，還可以接受更高頻率的訊號；缺點是製造成本較高，而且晶圓體積偏小。基於上述種種原因，業界致力於將微波裝置轉向矽材質發展。

如果沒有經過適當的測試，手機與其所有元件的研發過程可能會造成許多問題和差錯。這些問題可能會彼此加乘，讓狀況更加惡化，進一步降低手機的整體效能。因此工程師務必測試個別元件以確保品質，同時測試手機本身以確認整體能有效運作。在過去，半導體元件是封裝完畢後才進行測試。但由於研發與製作新晶圓有成本考量，所以進行封裝之前必須先掌握所有和矽有關的問題。

這類常見測試都經過證實，可以有效掌握半導體裝置的相關問題。特性分析測試也可以協助工程師掌握晶片功能。下列章節會集中討論哪些測試適用於特性分析測試、生產測試，或兩者都合適。有些測試可同時用於封裝晶片與晶圓測試。

這類測試共分為五種：RF 功率量測、頻譜量測、網路分析、調變準確度量測、DC 量測。

RF 功率量測

最常見的裝置量測包含 Tx 功率和傳輸功率。裝置的輸出功率必須符合裝置設計。如果要量測輸出功率，可以運用多種量測設備，例如功率計、向量訊號分析儀 (VSA) 和向量網路分析儀 (VNA)。

功率對時間 (Power Versus Time，PVT) 可量測訊號的脈衝功率 (burst power) 與平均功率，常用於脈衝 RF 訊號 (bursted RF signal)，例如 GSM 或 WLAN。通常訊號周遭會放置遮罩，確保符合測試標準。

^{圖 3：PVT 量測通常用於脈衝訊號。}

增益是 PA 的主要量測項目之一，增益 = P_in – P_out 這個公式中的 P_in 代表輸入至放大器的功率，P_out 則是執行放大功能後的輸出功率。如果知道輸入功率為何，一般而言只要善加運用校準技術，就能把已知的輸出功率當成 P_in 的參考數值。功率計等高準確度裝置可用來量測 P_out；VSA 等量測產品則可在量測相對增益的同時量測功率增益。

工程師可以藉由折返損耗，進一步掌握原始訊號經過 RF 前端裝置時的反射狀況。如要量測電壓駐波比 (VSWR) 以提供最佳阻抗匹配，這一點非常重要。由於折返損耗涉及了輸入與輸出訊號的比率，通常會使用 VNA 進行量測。有時候也可以使用向量訊號產生器 (VSG)、VSA 和偶合器，不過在執行硬體系統校準時務必特別小心。

功率效益是更重要的量測項目之一，因為這決定了 PA 能否有效運用行動裝置的電池電力。功率效益越高，電池就越持久，這是裝置製造商所樂見的狀況。計算功率效益的方式有很多，取決於該裝置是否屬於高增益放大器。

P_out 代表放大器所量測的功率，P_DC 代表電力來源或電池模擬器所提供的功率，P_in 則是輸入功率，通常都是控制器訊號或連續波形訊號 (CW)。

1 dB 壓縮點也是重要的量測項目。因為 PA 會盡量提高輸出功率，所以最後都會趨向非線性變化，偏離理想的線性輸出曲線。圖 4. 清楚說明了這樣的偏離狀況。

^{圖 4：1db 壓縮點就是實際的放大器與理想的線性放大器偏離 1 dB 的位置。}

一旦功率輸入 (P_in) 有所提升，PA 就會開始飽和，並且在最大功率輸出持平，此時的輸出功率稱為 P_sat。理想的線性放大器與實際的放大器偏離 1 dB 的位置稱為 1 dB 壓縮點。訊號會在自然的飽和點受到壓縮。就 PA 的設計而言，最好能盡量接近 1 dB 壓縮點，因為功率效益也很接近這個位準。

伺服 (servoing) 是 PA 特有的概念。由於我們必須得知校準過的輸出功率，這時就得運用功率控制技巧來判斷最後的增益值，方法是建立控制迴路以擷取所需的輸出功率，同時控制產生器功率，直到達成所需的輸出功率為止。簡言之，這個功能會透過比例控制迴路在不同的功率位準間來回擺盪，直到輸出功率位準的趨向所需的功率並會合為止。

^{圖 5：PA 的伺服功能是指，控制迴路在不同的功率位準之間來回擺盪，直到輸出功率位準與所需的功率會合為止。}

三階交調截取 (TOI) 與互調失真 (IM3) 兩者的關係非常密切，可用來掌握 RF 系統的線性度。相較於儀器功率，這兩項規格對三階失真產品的影響不容小覷。三階失真產品會干擾原始訊號，進而減損訊噪特性。這樣一來，更高階或更複雜的調變架構也很難在系統內正常運作。

諧波也是很重要的量測項目，因為這會影響裝置的輸出結果，並且干擾其他的 RF 訊號，或是違反美國聯邦通信委員會 (Federal Communications Commission) 或其他政府通信單位的相關規定。諧波的量測範圍最大到不同標準的第七階。比如說，工程師可以量測 1,800 MHz PCS 頻帶的諧波，最高至第七階 (大約為 12.6 GHz)。

混附訊號 (spur) 也是設計階段常見的量測項目。混附訊號會影響訊噪比 (SNR)，所以必須修改設計，才能在所量測的頻譜中排除這種訊號。

頻譜量測

鄰近通道功率可量測特定通道與其兩個鄰近通道分配功率的方式。只要計算該通道的總功率和兩個相鄰通道的總功率，即可量測此項目。取決於所量測的技術標準，鄰近通道功率的量測標準也會有所差異。比如說，分碼多重存取 (CDMA) 無線標準的傳輸範圍規定在 4.096 MHz 的頻寬內。此外，鄰近通道功率的量測誤差為 5 MHz，而且必須至少比通道內平均功率低 70 dB。

鄰近通道功率洩漏比 (ACLR) 是載波產出功率與鄰近通道產出功率位準的比率，經常用於寬頻 CDMA 量測。就其他的標準而言，這通常稱為鄰近通道功率比 (ACPR)。執行此量測項目的原因有二：這可以量測任何鄰近通道的干擾狀況，目標載波外的其他頻譜也會受到影響；更重要的是，這也可以量測載波所引發的三階互調產出。圖 6 說明了特定 WCDMA 訊號的量測狀況。

^{圖 6：這個 WCDMA 波形說明了 ACPR (也稱為 ACLR) 比率。}

輸出 RF 頻譜 (ORFS) 是一項窄頻量測，由於 3GPP 定義了調變與切換，因此可量測行動站傳送器的通道外頻譜的能量。這項量測通常用於 GSM、GPRS 和 EGPRS，因為 GMSK 調變 (僅限相位) 可用來傳輸並接收資料。

ORFS 量測可計算偏離載波頻率的不同頻率功率，進而判斷有多少突波洩漏至其他頻帶。每項誤差的功率可回頭參照至載波功率，並且回報 dBc 數值。

ORFS 量測有兩種：調變 ORFS 量測可檢驗突波中央的頻率，切換 ORFS 量測則可檢驗突波緩升及緩降部分的頻率。一般而言若針對特定頻率，切換 ORFS 所回報的數值會比調變 ORFS 高。就 3GPP 規格來說，所定義的頻率誤差可用於調變與切換：

• 調變：+/-200 kHz、+/-250 kHz、+/-400 kHz、+/- 600 kHz、+/-1.2 MHz、+/-1.8 MHz
• 切換：+/-400 kHz、+/-600 kHz、+/-1.2 MHz、+/-1.8 MHz

^{圖 7：這是 GSM 訊號的 ORFS 量測。}

涉及振幅與相位調變時，例如 QPSK 或 16QAM，通常都會採用誤差向量幅度 (EVM) 量測。

互補累積分佈函數 (CCDF) 是一種統計式量測方法，可用來分析訊號的功率特性。這種方式可顯示出某訊號可在特定期間以某種功率位準維持多久時間。就 CDMA 或 WCDMA 訊號而言，訊號傳輸時較少出現偏高的功率尖峰。這些峰值對於適當傳輸資料而言非常重要，但如果尖峰持續太久，可能代表 PA 裝置的工作負荷較大。圖 8 說明了此狀況，其中比較了特定期間較為活躍的尖峰傳輸與正常的尖峰傳輸。

^{圖 8：互補累積分佈函數}

網路分析

電壓駐波比 (VSWR) 是干擾波形中最大與最小振幅的比率，可以下列公式表示：

  p 為反射係數，定義為

A = 反射波，R = 入射波

^{圖 9：p (反射係數) 的定義}

如果傳輸線路出現任何阻抗不匹配，會造成傳播中的訊號部分反射。阻抗差異決定了反射強度，而失配區段的長度決定了從該區段反射出的最低訊號頻率。VSWR 就是這種訊號反射的量測方式。

折返損耗也是類似 VSWR 的反射量測單位，通常以 dB 表示。使用上述的反射係數，即可得出下列公式：

以 dB 為單位的折返損耗 = –20 log (p)

工程師可以量測正向折返損耗，也就是 PA 等 RF 前端裝置最常執行的項目，也可以量測反向折返損耗，這經常用於評估 RF 收發儀。

調變準確度量測

相位與頻率誤差 (PFER) 是 GSM、GPRS 和 EGPRS 訊號常見的量測項目。由於調變訊號完全以相位為主 (GMSK)，振幅不會變動，所以必須透過量測才能判斷相位品質與調變品質。一般而言，常見的量測項目包含均方根 (RMS) 與尖峰相位。RMS 相位誤差可提供整個突波內相位誤差的 RMS 平均，而尖峰相位誤差可以指出突波中最糟的相位誤差。

誤差向量幅度 (EVM) 量測的是出現減損時的解調器效能。已接收符號的誤差向量定義如下：I/Q 平面中已接收符號與理想符號位置之間的向量。若要計算 EVM，必須取得誤差向量幅度與預估星座點幅度之間的比率。

調變錯誤比 (MER) 是數位調變訊號的訊噪比 (SNR)。

DC 量測

工程師可以在 RF 前端的不同部分測量電流，包括裝置運作所需的供電電壓，以及數位通道電壓、V_ramp 或動作模式與頻率控制線路的電壓量測。

洩漏電流通常針對 RF 前端等半導體裝置。洩漏電流量測有助於判斷半導體裝置的針腳隔離狀況。只要使用電源量測單元 (SMU)，即可量測任何特定針腳的洩漏電流。

V_detect 是量測 PA 輸出控制線路的電壓。V_detect 提供裝置電池的控制訊號，決定 PA 的 V_batt 所需功率。

^{圖 10：此圖代表一般行動裝置的 PA。}

由於行動裝置的頻帶差異相當大，所以 PA 通常至少具備兩個不同的輸入來源，也就是 RF 輸入 (1) 和 (2)。比如說，GSM 可在 800 MHz 範圍內運作，也能在 1.8 GHz 的 PCS 範圍內運作，所以需要不同的放大功能，才有辦法掌握不同的頻率。此外，新一代行動裝置常用的多模式 PA 經常會混搭 GSM 和其他標準，例如 WCDMA 或 LTE。因此 PA 可能需要 4 個以上的輸入來源。這樣一來，所有模式就會根據不同頻率分為高頻帶與低頻帶，也會針對不同標準提供不同的輸入模式，進而最佳化放大效能。

V_batt 是供應給 PA 的電力，電力來源為電池或電池模擬儀器。

V_ramp 是控制輸入通道，有助於控制 PA 的功率增益，這對 GSM/GPRS/EDGE/EDGE+ 脈衝訊號而言非常重要，因其訊號設定也是關鍵之一。

取決於 PA 的複雜度，其中可能涉及了不同的模式與頻帶控制通道，以用來切換功率控制 (模式/頻帶/SPI)。比如說，模式控制可能會從 GSM 模式變成 EDGE 模式。頻帶可根據 PA 所運作的不同頻帶進行調整。新型 PA 會逐漸採用序列週邊介面 (SPI)，最終則是 MIPI (較新的高速序列周邊介面)。SPI 與 MIPI 搭載高速數位控制介面，工程師可以運用電源管理 IC (PMIC)、CPU 和行動電話內建的其他晶片進行整合。

和輸入來源一樣，目前的 PA 至少需要兩個輸出來源：RF 輸出 (1) 和 (2)，適用於不同的頻帶。新型 PA 的趨勢是提供多重標準、模式與頻率。

V_detect 提供裝置電池的控制訊號，決定 PA 的 V_batt 所需功率。

工程師在介接 RF 前端裝置以便執行特性分析與生產測試時，通常會使用某些設備。下列段落說明了最常見的儀器，以及與 RF 前端裝置介接的方式。

^{圖 11：這組儀器是用於 RF 前端裝置測試的傳統測試設備。}

所有的 RF 裝置研發實驗室或設施中隨處可見頻譜分析儀的身影。頻譜分析儀可精準量測未知訊號的功率，如需擷取 RF 訊號也能輕鬆設定。就 RF 前端測試而言，頻譜分析儀經常用來擷取較高頻率的 RF 訊號，例如混附或諧波測試。如果工程師要針對 WLAN 裝置執行第七階量測，就必須使用可量測高達 40 GHz 的分析儀。由於分析儀沒有原生的帶通濾波器，所以主要載波的輸入通道通常要加上外接濾波器，這樣的動態範圍才足以量測諧波或混附訊號。一般而言，不同的濾波器組間可用於行動頻帶，或是 WLAN、藍芽、ZigBee 等無線網路頻帶。

對 RF 前端裝置測試而言，向量訊號分析儀 (VSA) 屬於最重要的設備之一。向量訊號分析儀類似用來量測功率的頻譜分析儀，可量測相位資訊，這對調變準確度量測而言非常重要。除了相位和強度擷取功能之外，數位化 RF 訊號的速度也非常快 (在降轉之後執行)，接著就可以動態擷取訊號。這是 WCDMA 或 WLAN 等展頻技術非常重視的部分。持續性的相位資訊可能需要 30 MHz 的頻寬。VSA 可介接 PA 的 RF 輸出 (1) 和輸出 (2) (見圖 10)。

RF 函式產生器也稱為連續波 (CW) 產生器，可提供精確的 RF 訊號至 RF 前端裝置。這些產生器經常用於系統校準，也可以整合在一起製造 IMD 和 IP3 多音，或者當做鄰近通道干擾器。

向量訊號產生器 (VSG) 是 RF 前端裝置研發實驗室或設施中最為常見的產生器，不僅能提供受控 RF 訊號輸出的功率和頻率，也能提供控制輸出訊號相位。一般而言只要透過超外差架構或 I/Q 調變器架構即可取得這些資訊。工程師也可把 VSG 用來校準系統或產生多音，還可以當做鄰近通道干擾器。不過更重要的是，向量訊號產生器可提供已調變訊號至 RF 前端裝置。在訊號通過裝置之後，這個功能可說是測試訊號調變準確度的關鍵。VSG 可介接 PA 裝置的 RF 輸入 (1) 和輸入 (2) (見圖 10)。

在 RF 前端測試實驗室內，向量網路分析儀 (VNA) 不如其他儀器那麼常見；不過對某些量測作業而言，其功能是不可或缺的。向量網路分析儀主要用於反射與傳輸量測，例如折返損耗、插入損耗和 VSWR；此外，相對準確度非常高，這對上述所有比率量測來說非常重要。有時候 CW 產生器和頻譜分析儀會搭配外接偶合器，不過準確度仍然比不上 VNA。

RF 切換器可以在裝置新增更多 RF 通道時派上用場，不需要額外購買比較貴的產生器或分析儀。由於 RF 訊號的規格限制，RF 前端裝置測試都會採用機電切換器。由於半導體裝置日新月異，隨時都可以用固態切換器加以取代，而固態切換器可以延長使用壽命，也可以加快切換速度。

高速數位分析儀/產生器 (HSDIO) 可控制 RF 前端裝置不斷變化的模式 (CDMA 或 LTE 等標準)、頻帶和其他裝置設定。由於行動裝置的設計越來越精密，MIPI 等標準也納入相關規範，以便針對所有晶片提供通用的通訊協定。HSDIO 可針對 MIPI 與 SPI 通訊協定提供簡易的靜態指令或高速序列指令。這一點的重要性與日俱增，因為數位介面大多轉換為更高速的序列介面，而非傳統的平行數位介面。HSDIO 可介接 PA 裝置的模式/頻帶/SPI 埠 (見圖 10)。

任意波形產生器 (AWG) 控制了 PA 的 V_ramp 訊號。因為許多 RF 訊號都屬於脈衝訊號，而非連續的傳輸訊號，所以產生正確的訊號設定非常重要。V_ramp 控制通道 (見圖 10) 已經和 AWG 介接。V_ramp 負責 PA 的增益控制設定。AWG 可完整控制類比波形的合成作業。有了取樣率超過每秒 100 MS 的 AWG，即可輕鬆完成不同類型的客制斜波設定。

電池模擬器是 RF 前端的主要電源。對行動裝置的 PA 而言，此電流可能是 3 安培以上，取決於所放大的訊號標準與頻率。電源供應器還有另一個重要需求，那就是高速暫態響應時間，這樣可以確保 RF 脈衝訊號的功率設定正確無誤。_batt (如圖 10 所示) 通常可由電池模擬器提供，尤其適用於 GSM 或容易產生脈衝的類似訊號。

電源量測單元 (SMU) 是一種專屬的電源供應器，對 RF 前端裝置而言相當常見。和標準電源供應器不同的是，SMU 可在毫微安培或更小的電流範圍內提供回讀功能。此外還能在 4 象限內提供訊號功率的源極與汲極功能。SMU 還可以介接 RF 前端裝置的多重通道。在圖 10 中，這可能是 V_ramp、V_detect、V_batt 和模式/頻帶/SPI 埠，以用來量測電流和通路效能。在生產測試中，SMU 可能會和 HSDIO 整合成一項產品，稱為各針腳電源量測單元 (PPMU)。此裝置的功能和一般 HSDIO 儀器相同，不過也具備類似 SMU 的功率與量測功能。雖然一般而言不像 SMU 那麼準確，但卻容許密度較高的通道數量。

多功能數位電錶可能是實驗室最常見的儀器，也經常出現在 RF 前端裝置實驗室。雖然沒有 SMU 那麼重要，卻可以量測所有通道的電壓壓降，或是監控許多相同通道的洩漏電流。多功能數位電錶的電流與電壓量測準確度可媲美 SMU。

示波器可用於時域量測。對 RF 前端裝置而言，這是相當實用的除錯工具，尤其是出色的取樣率功能。圖 10 的 V_detect 通道可透過示波器量測，因為其數值會快速變化。

功率計對 RF 前端裝置而言非常重要，RF 功率準確度完全仰賴這個裝置。其功率準確度比頻譜分析儀和 VSA 高出 10 倍以上。功率計採用不同的架構以擷取功率，也因為這種架構，所以功率範圍有限。不過功率計也可以做為系統校準的參考，以便在限制範圍外執行量測，或者加快量測速度。RF 前端裝置可以內建或外接功率計，才能確保功率輸出位準正確無誤。

就 RF 前端裝置實驗而言，負載拉移 (load pull) 不像其他儀器那麼常見，不過對實際模擬來說，卻是不可或缺的重要設備。通常連接至 PA 的天線，其阻抗會因環境而有所差異，比如說可能在某個金屬結構附近，或者固定在車輛座椅上。這會影響 RF 前端裝置和天線之間的已調整阻抗。接著可能會造成 VSWR 增加，因此 RF 前端會提供更多補償功率，更快消耗電池電力。負載拉移可調整 RF 輸入或輸出阻抗，進而模擬這樣的狀況。接著工程師可以加強 PA 的設計，以免必須經常移除電池。

執行 RF 前端裝置的壓縮測試時，通常需要較高的功率，所以得透過放大器來模擬這樣的狀況。大部分產生器 (CW 或 VSG) 的輸出功率位準有限，通常不會超過 +10 dBm。如要模擬 RF 前端裝置較高的功率輸入，就得將訊號放大至 +18 或 +20 dBm。CW 或 VSG 所產生的 RF 訊號可透過放大器來輸出適當的額外功率。

現在工程師已進一步了解 RF 前端測試的各種量測、元件和儀器，運用 PXI 架構系統時即可驗收成效。

^{圖 12：此系統設定主要是為了測試 RF 前端裝置。}

基本的 PXI 架構 RF 前端裝置測試包含下列產品：

• PXI 控制器：多核心嵌入式處理器，可快速執行平行或複合量測

• HSDIO：用於所有數位控制訊號的 HSDIO；可搭配 SPI、MIPI、I²C、客制數位和靜態數位控制一起運作，高達 20 個通道

• AWG：16 位元解析度的任意波形產生器，同時內建指令碼產生與觸發功能，以便精準控制 V_ramp

• 電池模擬器：RF 行動裝置測試專屬的電源供應器；可針對 RF 脈衝訊號提供超高速暫態響應時間

• RF 向量訊號產生器：100 MHz 的 VSG，可支援 2 G 至 4 G 行動訊號，以及 WLAN 等無線網路訊號

• RF 向量訊號分析儀：50 MHz 的 VSA，可支援 2 G 至 4 G 行動訊號，以及 WLAN 等無線網路訊號

• 示波器：高解析度示波器，可用來擷取 V_detect 訊號或其他高速暫態訊號，頻寬高達 43 MHz

^{圖 13：此圖為一般設定常用的設備。}

• RF 前置放大器：可程式化前置放大器/放大器，最多可增加 50 dB 增益；可將 NI PXIe-5673E 的輸出功率提升至 +21 dBm，這對 PA 的 1 dB 壓縮點測試來說非常重要；如需超過 +21 dBm，可考慮外接放大器

• RF 切換器：其中一種 RF 切換器，可切換產生器與分析儀通道 (由於大部分裝置皆支援多重頻帶，工程師需要兩條以上的通道才能連接至 RF 前端裝置。工程師無須添購額外的產生器和分析儀，即可自動化高品質切換功能，進一步改變輸入與輸出。)

^{圖 14：更精密的測試會採用來源調整器與負載調整器 (負載拉移) 來測試非線性動作與輸入/輸出阻抗變化。}

• VNA：雙埠式 VNA，可用於量測 RF 前端裝置的插入損耗、折返損耗與 VSWR (圖 14 的虛線代表已接上 VNA)

• 來源調整器與負載拉移：Maury Microwave 與 Focus Instruments 等公司的其他第三方儀器

• 功率計：單一裝置內的獨立式 USB 架構功率感測器與功率計；出色的功率準確度適合阻抗量測與系統校準

運用 PXI 架構以便在執行 RF 前端測試時緊密整合觸發與時序

RF 前端測試的重點之一就是時序與觸發整合，這樣才能執行不同的測試。測試 PA 裝置時，觸發功能扮演著非常關鍵的角色。要是沒有精密的觸發控制功能，裝置就會因為未經校準的裝置功率、V_ramp 或 RF 訊號產生與擷取而提供錯誤結果。

請參考圖 10 的 PA 裝置。如要測試此裝置，必須同時控制並讀取多個通道。提供給 PA 的功率位於 V_batt 針腳，此外由於這是一種電池模擬裝置，這種功率屬於脈衝功率，接收到 RF 訊號時便會受到觸發。工程師也必須控制訊號 V_ramp 的增益，這通常需要 AWG 才能建立正確的斜波。此外還得控制模式與頻率，但也不用透過時序來控制這些項目。最後，RF 輸入訊號需要特定的時序才能成為脈衝訊號。圖 15 清楚說明這些關係。

^{圖 15：PA 測試的觸發參考圖}

既然工程師可在各種模組透過背板來觸發 PXI，上述所有裝置和僅供擷取的裝置 (例如 VSA 和示波器) 都能運用相同的觸發參考 (見圖 16)。另外，VSA 和示波器也可以使用 NI PXIe-5663 的 I/Q 功率觸發功能來根據基礎 RF 訊號功率位準進行擷取，進而參考自身觸發。前觸發緩衝資料一旦經過設定，即可擷取所需的訊號及其設定與緩升/緩降部分。

^{圖 16：PXI 背板顯示出 VSG 和電池模擬器之間的觸發連接功能。}

PXI 的量測時間優勢

相較於傳統的 RF 前端裝置測試儀器，PXI 能省下可觀的時間，其中包含四種測試時間：

1. 最新的現成處理器，具備前所未有的訊號處理速度
2. FPGA 技術，可提供即時訊號處理與量測功能
3. 可迅速遷移資料的 PCI Express 背板，同時能與主機控制器保持低潛時通訊
4. 靈活的軟體以便最佳化系統設定與通訊

最新的現成處理器，具備前所未有的訊號處理速度

就像其他因為更快速的 CPU 而受益的應用情境一樣，PA 測試的訊號處理過程也會因此受益。RF 訊號通常會引發測試時間的相關問題，因為訊號處理過程比低頻訊號更為密集。訊號透過降轉來自較高的頻率，而且寬頻訊號也比較多。隨著 LTE 和 802.11 ac 等新技術陸續研發成功，頻寬可輕易超過 80 MHz，所以 ADC 的取樣率至少要達到每秒 200 MS 以上。一旦訊號經過數位化，就必須從基頻格式開始處理 (假設 IF 訊號已經過數位降轉)，才能確保調變準確度或適用於頻譜量測。其中可能包含脈衝波形濾波器移除、通道解碼，以及頻譜量測所需的解調變或格式化作業。處理 2 億筆取樣資料時，就需要大量的處理流程。

另一個更常見的處理方式是多核心處理器。PXI 測試系統透過嵌入式控制器或使用遠端 MXI 的現成 PC 來提供多核心處理功能。由於時脈增加而造成處理器升溫，多核心處理器因此誕生。因為沒有液體或氮等較精密的冷卻技術，微處理器的時脈必須受到限制。PXI 會同步啟用儀器，運用多執行緒，執行複合量測，藉此善用多核心技術。

下表顯示出雙核心處理器和四核心處理器的測試時間差異，並且全部針對 GSM 與 EDGE 訊號進行量測。

GSM/Edge