RF模块带来了严峻的测试挑战

　　德国慕尼黑 ?C 无线通信设备的激增创造了对这些设备所用RF元件与模块的惊人需求。当然，元件必须足够小，能舒服地装入采用它们的移动无线消费产品中，而且不会挤占MP3播放器和数码相机等辅助功能。由于消费产品不断支持多种通信标准，微型器件本身必须集成一些必需的功能，以实现WiFi、WiMAX、蓝牙、GPS、DVB-H、UWB，以及各种多频段蜂窝技术。

　　在数字电路方面，摩尔定律促使供应商们在单个CMOS集成电路中提供更多功能方面突飞猛进。不过，无线部分需要大量其他有源无源元件，以及基带数字芯片、功率放大器、开关，和低噪声放大器。分立式无源元件不遵循摩尔定律，不满足持续的微型化要求。EPCOS副总裁兼SAW部CTO Christian Block在2004年的一次访谈中解释了这个问题及其解决方案（参考文献1）。他说：“重要的进展不再来自于分立式无源元件的持续小型化。因此我们选择了基于LTCC技术的无源集成。”

　　LTCC推动微型化

　　“LTCC”是指低温共烧陶瓷技术，EPCOS用它来建立多层陶瓷衬底，用于嵌入无源元件。与FR4材料或层压材料相比，LTCC衬底的损耗更低，能在紧凑空间内集成很多无源元件（参考文献2）。

　　EPCOS模块产品开发总监Patric Heide博士表示，一个LTCC模块可能有10到20层，每层厚度在30到50微米之间。EPCOS可以在这些层之间建立电感与电容，实现滤波器功能和平衡-不平衡转换器（Balun）。Heide博士解释说，为了帮助推进微型化，这些模块还装入了一些半导体芯片，如通常采用GaAs技术的功率放大器和开关。他说：“我们在集成这些有源GaAs器件与LTCC结构方面获得了很多知识，并且充分利用了我们在倒装芯片和引线接合方面的经验，以实现批量生产中的制造成品率。”

　　他继续说，高水平集成的结果是“我们向客户交付了采用单个封装、经过全面测试的RF系统。在手机中，一侧是基于CMOS的射频IC，另一侧是天线。我们提供一个介于两者之间的全功能前端模块。”

　　一个实例是2008年1月份推出的微型全合一前端模块，可用于蓝牙和IEEE 802.11b/g/n WLAN应用。该模块集成了一个WLAN功率放大器、一个WLAN/蓝牙开关、一个接收平衡-不平衡转换器，以及偏置电路和针对所有RF及DC端口的ESD（静电放电）保护，其插入高度只有1.4 mm，仅占用电路板4.5×3.2 mm²的空间。D6101还带有一个共存滤波器，符合全球所有蜂窝标准的WLAN及蓝牙应用可以同时工作。

　　多端口测试挑战

　　在我参观EPCOS总部期间，Heide博士和他的同事们概略描述了测试这些模块时面临的严峻挑战。Jörg Schuler博士在EPCOS SAW部负责制造工程与测试策略，他谈到了测试多RF端口高集成度微型封装所需的复杂性：“对于一个GSM四频WCDMA三频模块，必须测试四个GSM平衡端口、两个Tx端口、三个宽带CDMA端口，还有一个天线。在最终测试阶段需要同时测试14个端口。”（每个平衡GSM端口都包括一个平衡-不平衡转换器，它有两个连接到测试系统的端口）。他表示，重要的规范包括高动态范围和良好的阻带性能，“因此你的测试系统需要提供尽可能低的损耗。”

　　Schuler博士称，EPCOS使用的早期测试系统包括一个双端口VNA（矢量网络分析仪）和12端口矩阵。他补充说，EPCOS早期与Rohde & Schwarz讨论过测试设备的需求，最终使用了一台8端口R&S ZVT VNA，它支持高达20 GHz的测试覆盖范围，带有一个10端口矩阵。他说，这种组合的结果是连接到待测单元上的开关数较少，因此大幅度降低了损耗，增加了动态范围，并提供更准确的测量。

　　Schuler博士表示，重要的还有快速的校准时间，使校准工作更便于在现场完成。他说：“我们今天使用的是一个16端口校准标准，它能够一次自动校准16个端口，只要将测试设备连接到标准版CAL，启动自动校准程序就行了。这对批量生产非常实用。”他补充说，对EPCOS位于中国无锡的制造厂，自动校准尤其重要，他解释说，使用彩色编码的电缆和连接器，操作员可以快速地完成所需连接，然后按下一个键。

　　保持短的测试时间

　　Schuler博士称，尽管集成度在不断增加，模块中包含了需要作非线性测量的有源元件，但仍要保持短的测试时间。他补充说，ACPR（邻道功率比）、谐波和其他参数的测量都可以采用信号发生器和频谱分析仪的组合，但对于三、四个功率级的全面特性描述，这种测量需要较长的时间。Schuler博士称，与之相比，VNA可以快速测出增益、1 dB压缩点和谐波，而“缩短测试时间意味着我们成本的降低。”

Heide博士描述了高集成度LTCC前端模块所带来的特殊测试挑战，该模块也