Eckdaten

Steigende Komplexität von HF-Komponenten in Geräten der drahtlosen Nachrichtentechnik erfordert mehr Funktionalität bei gleichzeitig niedrigen Entwurfs- und Fertigungskosten. Die Wahl der Testgeräte-Hard- und Software kann Leistung und Effizienz des Entwicklungsprozesses und Fertigungskosten für Wireless-Produkte beeinflussen. Sieben Tipps sollen den Teams in Entwurfsvalidierung und Produktionstest bei der Wahl von Hard- und Software helfen, um die Entwicklung zu beschleunigen, den Testdurchsatz zu steigern und die Testkosten zu senken.

Einen vereinfachten typischen Produktionstest-Prüfplatz für Leistungsverstärker (Power Amplifier – PA) zeigt Bild 1. Dieser Prüfplatz ermöglicht eine schnelle Entscheidung, ob der Prüfling die Modulationsspezifikation bei einem bestimmten Leistungspegel erfüllt (Device Under Test – DUT). Ein Vektor-Signalgenerator (VSG) ist mit dem Prüfling über eine Schalt- und Signalaufbereitungs-Einheit verkabelt. Mit zunehmender Komplexität der Leistungsverstärker, etwa um mehrere Betriebsmodi zu unterstützen, gestaltet sich die Messung aufgrund zusätzlicher Schalt- und Signalaufbereitungsstufen schwieriger.

Bild 1: Vereinfachtes Blockdiagramm eines HF-Leistungsverstärker-Prüfplatzes.

Bild 1: Vereinfachtes Blockdiagramm eines HF-Leistungsverstärker-Prüfplatzes.Keysight Technologies

 

Reduzierung der Testzeiten

Senkt man die Testzeit um nur wenige Millisekunden kann dies die Kosten massiv senken. Dürfen die Tests an Mehrwege-Geräten bei der Entwurfsvalidierung Stunden oder gar Tage dauern, zählt im Produktionstest jede Sekunde. In einem typischen Prüfplatz ist auch die benötigte Zeit, um den Signalgenerator so einzustellen, dass die modulierte Eingangsleistung des Prüflings den erwünschten Ausgangspegel ergibt, wichtig. Der dazu übliche Servo-Test nutzt eine Regelschleife, um den finalen Gewinn des Leistungsverstärkers zu bestimmen. Hat der Signalanalysator den Ausgangspegel des Prüflings gemessen, errechnet sich die neue Ausgangsleistung aus der Differenz zwischen gemessener und erwünschter Leistung. Der Signalgenerator wird dann so eingestellt, dass eine korrekte Ausgangsleistung des Prüflings sichergestellt ist. Erst wenn der Ausgang des Prüflings den richtigen Pegel liefert, dürfen die spezifizierten Parameter getestet werden. Die Zeit zur Justierung des Signalgenerators kann ein großer Beitrag zur gesamten Testzeit sein und die Testkosten steigern.

Skalierbare Instrumentierung für Mehrkanal-Messungen

Moderne Wireless-Entwicklungen implementieren Mehrfachantennen-Techniken wie Carrier Aggregation (CA) und Multiple Input Multiple Output (MIMO), um Datendurchsatz und Zellenkapazität zu steigern. Oft erfordert der Test dieser Designs mehrere Signalgeneratoren und/oder -analysatoren zur Simulation und Analyse (Bild 2). Um simultanes Demodulieren und Analysieren mehrerer Datenströme in einem so komplexen Testaufbau zu ermöglichen, sind Mehrkanal-Synchronisierung und neue Messverfahren unumgänglich.

 Bild 2: Blockdiagramm eines MIMO-Prüfplatzes.

Bild 2: Blockdiagramm eines MIMO-Prüfplatzes.Keysight Technologies

Ratschläge zur Auswahl modularer Testgeräte

Die folgenden sieben Tipps helfen dem Anwender, seine Entwicklung zu beschleunigen, den Testdurchsatz zu steigern und die Testkosten zu senken.

TIPP 1: Gute Modulationseigenschaften auch bei hohen Ausgangsleistungen des Signalgenerators liefern dem Prüfling ein Signal bestmöglicher Qualität.

Viele Leistungsverstärker erfordern, dass das digital modulierte Eingangssignal des Prüflings einen Leistungspegel von 0 bis +5 dBm aufweist. Um alle Verluste sicher zu kompensieren empfiehlt sich ein Signalgenerator, der Ausgangspegel von mindestens +15 dBm liefern kann. Bild 3 zeigt die Messung des Nachbarkanal-Leistungsverhältnisses (Adjacent Channel Power Ratio – ACPR) mit hohen Ausgangsleistungspegeln eines PXIe-Vektorsignalgenerators (VSG) mit sehr guten Modulationseigenschaften. Bei +10 dBm ist wenig oder keine Abschwächung des ACPR sichtbar und bei +15 dBm liegt der Wert immer noch bei 60 dBc. Moderne PXIe-VSGs können digital modulierte Signale mit bis zu +19 dBm Ausgangsleistung und ±0,4 dB Pegelgenauigkeit liefern. Im Ergebnis ist das ein Signal bestmöglicher Qualität am Prüfling.

 

Bild 3: Nachbarkanal-Leistungsverhältnis (ACPR) gemessen bei hoher Ausgangsleistung.

Bild 3: Nachbarkanal-Leistungsverhältnis (ACPR) gemessen bei hoher Ausgangsleistung.Keysight Technologies

TIPP 2: Instrumente mit hoher Messgeschwindigkeit reduzieren die Testzeit und senken die Testkosten.

Ein Signalgenerator mit kurzer Einstellzeit für Frequenz und Amplitude ermöglicht den schnellen Abgleich der modulierten Eingangsleistung, um die gewünschte Ausgangsleistung des Prüflings zu erreichen. Lässt sich der Ausgangspegel des Signalgenerators nicht mittels „List-Mode“ vorbestimmen, verringert das schnelle Umschalten von Frequenz und Amplitude – gemeinsam mit sehr guten Spezifikationen für Linearität, Wiederholgenauigkeit und Auflösung – wesentlich die Zeit zur Annäherung an die korrekte Ausgangsleistung. Ein Signalanalysator, der Tests auf Nachbarkanal-Leistungsverhältnis (ACPR), Fehlervektorgröße (Error Vector Magnitude – EVM) und Harmonische schnell und genau ausführen sowie in kurzer Zeit zwischen unterschiedlichen Messungen umschalten kann, garantiert, dass die Genauigkeit nicht der Geschwindigkeit geopfert wird.

Leistungsmessungen mit modernen PXIe-Vektor-Signalanalysatoren (VSA) werden in Echtzeit erfasst und als einzelner Messwert an das Applikationsprogramm übergeben. Im steuernden PC ist eine Berechnung nicht mehr erforderlich. Solche VSA ermöglichen Erfassungszeiten von 10 μs bis 1 ms. Kombiniert mit der hohen Umschaltgeschwindigkeit für Leistungspegel des PXIe-VSG kann die Schrittzeit für einen Servoschleifen-Leistungstest unter 1 ms liegen. Der erwünschte Ausgangssignalpegel wird schneller erreicht, der Prüfdurchsatz wird gesteigert.

TIPP 3: Eine flexible Plattform stellt verschiedene Geräte für das Testen über den gesamten Lebenszyklus bereit.

In der Entwurfs- oder Validierungsphase des Produktentwicklungszyklus’ könnte eine Untersuchung des Verhaltens des HF-Gerätes außerhalb der Nennbandbreite nötig sein. Alle Harmonischen oder Störsignale, die das Gerät erzeugt, können die Qualität des Ausgangssignals beeinflussen. Solche „Out-Of-Band”-Signale können zu Interferenzen im Drahtlosnetzwerk und Problemen mit der Normenkonformität führen. Der Einsatz von Signalgeneratoren mit höheren Frequenzbereichen zur Messung dieser Störsignale ist bereits in einem frühen Entwicklungsstadium hilfreich.

Unterstützt das Gerät beispielsweise die LTE-Bänder 40/41, möchte der Entwickler eventuell einen Signalanalysator, der auch Harmonische bis 8,1 GHz oder bis 19 GHz erfassen kann. Sobald das Produkt in die Fertigung geht, reicht ein kostengünstigeres Gerät mit niedrigerem Frequenzbereich.

TIPP 4: Testgeräte mit identischer Software von der Entwicklung bis zur Fertigung garantieren konsistente und zuverlässige Validierung der Ergebnisse.

Beim Einsatz von Labor- und PXI-Instrumenten für den Komponententest sichert einheitliche Software mit identischen Messalgorithmen und -verfahren konsistente und zuverlässige Ergebnisse. So lassen sich beispielsweise Messungen mit Laborgeräten schnell auf PXI-Instrumenten in einer Produktionstest-Umgebung validieren. Die Verfügbarkeit derselben Programmierbefehle und eine konsistente Benutzeroberfläche reduzieren die Testentwicklungszeit.

TIPP 5: Testgeräte mit garantierten Spezifikationen ermöglichen eine bessere Integrität der Messungen.

Mangelhafte Messintegrität kann zu Ausreißern oder „falschen Fehlern“ am Prüfling führen, die Reparaturkosten steigern und verursachen höhere Fertigungs-Gesamtkosten. Kalibrierung hat unmittelbaren Einfluss auf die Qualität der Messungen und sichert die Spezifikationen eines Instruments. PXI-Instrumente lassen sich auf der Ebene einzelner Module oder als Kombination mehrerer Module zu einem Gerät, etwa einem PXIe-VSA, kalibrieren. Werden ausschließlich einzelne Module kalibriert, ist es schwierig, Spezifikationen auf Instrumenten-Ebene zu garantieren. Daher sollte das gewählte Testgerät Kalibrierroutinen auf Instrumenten-Ebene bieten.

TIPP 6: Eine Testplattform mit minimalen Systemausfallzeiten wählen.

Supportqualität und kurze Reparaturzyklen sind weitere kritische Faktoren. Ungeplante Wartungen oder Gerätefehler in der Produktion oder während kritischer Phasen in der Entwicklung können sehr kostspielig sein. Schon ein einziges Testsystem, das unerwartet zum Reparaturfall wird, kann verheerende Folgen für die Liefertreue haben. Hinzu kommen Kosten für Reparaturen, Neukalibrierung nach der Reparatur und erneute Integration ins Testsystem. Man sollte sicherstellen, dass das gewählte Gerät eine hohe statistische Verfügbarkeit (Mean Time Between Failures – MTBF), kurze Reparaturzyklen und lange Gewährleistungsfristen aufweist.

TIPP 7: Eine Testplattfom sollte auf zukünftige Anforderungen skalierbar sein.

Die Bandbreiten in der drahtlosen Nachrichtentechnik steigen kontinuierlich, Testsysteme müssen immer neuen Standards und Ansprüchen gerecht werden. Die Wahl einer PXI- oder AXIe-Plattform, die mit dieser Entwicklung Schritt hält, hilft beim Aufbau eines zukunftssicheren Testsystems. Eine Aktualisierungsmöglichkeit der Hardware mithilfe von Lizenzcodes als „Licence Key Upgrades“ ermöglicht es dem Anwender seine Instrumente lange auf dem neuesten Stand zu halten. Stellen Sie sicher, dass sich Ihre Geräte aktualisieren lassen, wenn sich Testanforderungen ändern.