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R&S罗德与施瓦茨公司多端口器件自动化测试方案
摘要:如今,无线通信产品中的射频器件正变得越来越复杂,集成度也越来越高。以4G手机的射频开关模块(FEM)为例,它的端口数量往往超过20个。如果使用传统的两端口或四端口矢量网络分析仪(VNA),将面对大量的换线操作,这不仅会大大降低测试速度,还会为测试过程带来很多不确定性。显然这种方案无法满足生产线测试对全自动化,高吞吐量,高一致性的要求

1. 多端口射频器件测试需求

如今,无线通信产品中的射频器件正变得越来越复杂,集成度也越来越高。以4G手机的射频开关模块(FEM)为例,它的端口数量往往超过20个。如果使用传统的两端口或四端口矢量网络分析仪(VNA),将面对大量的换线操作,这不仅会大大降低测试速度,还会为测试过程带来很多不确定性。显然这种方案无法满足生产线测试对全自动化,高吞吐量,高一致性的要求。在此背景下,R&S推出了新一代多端口VNA解决方案ZNB+ZNB-Z84和ZNBT。前者通过开关矩阵来扩展VNA的原有端口数量,最多可扩展为48个测量端口。后者则是真正意义上的多端口VNA,它支持最多24个测量端口,每个端口后面都有一套独立的接收机。这样不仅可以保证VNA的射频性能不受影响,而且测试速度也比前者快出许多。

 

ZNrun是针对上述多端口VNA开发的自动化测试软件。它将仪器控制,被测件控制,测试流程控制集成到同一个软件平台,用户可以非常方便直观地对测试任务进行设置,并得到测试结果。整个测试过程都有ZNrun全程控制,真正实现自动化测试,为用户节省了大量时间。

 

2. ZNrun软件架构
ZNrun分为服务器(Server)和客户端(Client)两大部分。从图1中可以看出,Server是ZNrun的核心部分,它连接三个不同的Client:配置(Configuration),校准(Calibration)和测量(Measurement)。它还与测量仪器相连,所有的连接都通过TCP/IP协议实现。同时,它还能控制被测件,比如ZNB-B15选件提供的GPIO接口,在ZNrun中可以设置GPIO不同的电平输出来控制被测件的状态切换或为被测件供电。

 

所有与被测件,测试仪器,测试项目相关的信息被称为测量执行单元(MEU)。ZNrun Server在后台运行并管理着所有的测量执行单元(MEU)。在运行Server之前,用户首先需要在Configuration Client中对仪器类型地址,被测件,测试项等进行设置,然后将设置加载到Server中,并相应生成一个MEU。Server会根据用户的配置信息计算出仪器与被测件之间的连接方式,仪器校准方案等。加载成功后,就可以启动Calibration Client和Measurement Client中进行校准和测试。


1 ZNrun软件架构

 

ZNrun Server中可以加载一个MEU,也可以加载多个MEU,这特别符合生产线测试的需求。如图2所示,当有多个工位需要同时测试时,客户只需要在一个PC上启动Server,并针对每个工位建立相应的MEU。那么所有工位的测试任务都可以在同一个Server上运行,实现并行测试。ZNrun采用USB dongle进行License鉴权,Server只有在识别到License后才能运行。ZNrun提供两种License:ZNrun-K1支持一个MEU,ZNrun-K2支持多个MEU同时运行。


2 ZNrun Server与MEU

 

3. ZNrun测试流程

ZNrun提供可视化的软件界面对测试任务的相关信息进行配置,打开Measurement Client就可以进入配置界面。为了让配置更加简单,如图3所示,ZNrun将配置界面分为测量仪器(Measurement Devices)和被测件测量计划(DUT Measurement Plan)两个部分。前者主要设置VNA,开关矩阵以及校准件类型等与仪器相关的信息。而后者主要设置被测件的端口,GPIO控制电平状态以及所有的测试项目等与被测件相关的信息。这样做的好处在于,当测量仪器发生改变时,用户只需要修改VNA的信息,而无需做其他修改。

 

所有的设置完毕后,Measurement Client中的数据需要加载到Server中并生成一个MEU。Server会根据上传的数据生成一个仪器与被测件的连接方案。这个方案根据实际情况兼顾测试速度与性能两个方面。此外,ZNrun还会设计对测试顺序来进行优化,减少不必要的开关切换,提供测试速度。

3 Configuration Client操作界面

 

ZNrun Server还会为每个MEU生成对应的校准方案。当端口数变多时,校准过程也会变得更加复杂。Server也会根据MEU的相关数据,优化校准步骤。Calibration client会显示每一步校准过程中校准单元与仪器之间的连接。在校准过程中,用户只需要按部就班根据提示进行连接校准。每一步校准的完成情况也会显示在软件界面上。校准完后,ZNrun能生成相应的报告,里面有校准时间,操作人等相关信息,以作为校准的证据。

 

Measurement Client负责仪器的初始化和测量的执行。在初始化阶段,ZNrun将会连接仪器,并根据MEU中的数据对仪器进行设置,然后就可以开始进行测试。针对测试结果,ZNrun提供两种显示方式。如图4所示,在第一种模式中用户可以看到之前测试的每个被测件是否通过,并且ZNrun会对所有的被测件进行统计,显示通过率以及测试的吞吐量。另一种模式是针对某一个被测件,用户可以看到这个被测件的每一个测试项的通过情况。在这个模式下,支持每个测试项的分步运行,以及重测功能。


4 Measurement Client结果显示

 

4. 功能扩展

在实际测试中,可能会遇到一些比较复杂的需求是ZNrun无法满足的。比如当测试系统中需要添加额外仪器如频谱仪,程控电源时,ZNrun的Configuration Client无法将这些仪器添加到其配置中。再比如用户需要输出更多的测试数据并将其保存在Excel文件中,ZNrun Measurement Client也无法提供这样的功能。针对这些应用,ZNrun提供插件(Plugin)方式来扩展其原有功能。Plugin是一个基于C#编写的DLL文件。用户只需要根据ZNrun提供的接口函数,编写C#代码来实现希望的功能,然后将生成的Plugin文件放在固定文件夹下。当用户运行ZNrun时,相关的插件功能就会自动加载到整个测试序列中。ZNrun提供所有的接口函数的说明,并提供了几个典型的代码实例。

 

5. 结束语

R&S®ZNrun与R&S多端口VNA构成了一个强大多端射频器件自动测试平台。使用ZNrun用户甚至不用了解VNA的操作方法。所有的设置都在ZNrun的可视化界面中完成。一旦设置完成,ZNrun就会将所有的设置,自动生成相应的参数来控制整个测试流程。而生产线工人在操作时,只需要将之前保存好的配置文件调用出来就可以完成自动化测试。强大的插件功能也支持用户对ZNrun原有的功能进行扩充,实现定制化的解决方案。ZNrun作为一款针对多端口射频器件的自动化测试软件,不仅大大缩短了测试软件的开发时间,同时提高了测试效率,完全可以灵活地满足生产线自动化测试的各种需求。

 

6. 参考文献

[1] R&S®ZNrun-K1 Automated Test Software VNA - Data sheet
[2] R&S®ZNrun-K2 Automated Test Software VNA - Data sheet
[3] R&S®ZNrun Automated Test Software - Product Brochure

 

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