TWI912521B - 用於測量導電射頻（ｒｆ）測試信號路徑之路徑損失之系統及方法 - Google Patents

Abstract

用於測量在使用一射頻(RF)向量信號收發器測試一RF資料信號收發器受測裝置(DUT)時所使用的一導電RF信號路徑之路徑損失的系統及方法。可藉由最初在DUT測試期間將一開路連接留在正常連接至該DUT的該RF信號路徑端，而實施一路徑損失測量。使用該RF向量信號收發器在多個測試頻率供應該RF測試信號，避免在該RF信號路徑端額外測試短路連接及負載連接的需要。

Description

用於測量導電射頻(RF)測試信號路徑之路徑損失之系統及方法

本發明係關於測量使用在射頻(RF)資料信號收發器之導電信號測試中的信號路徑的路徑損失，且具體地關於使用具有作為測試信號源之向量信號收發器的無端導電信號路徑以測量路徑損失。

大多數現今的電子裝置為了連接性及通訊用途而使用無線信號技術。因為無線裝置傳輸以及接收電磁能量，且因為兩個或更多個無線裝置可能因其信號頻率及功率頻譜密度而干擾彼此的運作，這些裝置及其無線信號技術必須遵循各種無線信號技術標準規格。

在設計此等無線裝置時，工程師額外留意以確保此等裝置將符合或優於每一項其所包括之無線信號技術所規定標準之規格。另外，當這些裝置之後大量製造時，這些裝置經測試以確保製造缺陷將不造成不當操作，包括這些裝置遵循所包括之基於無線信號技術標準之規格。

測試此等無線裝置一般涉及測試受測裝置(DUT)之接收子系統及傳輸子系統。測試系統將傳送一連串所規定之測試資料封包信號至一DUT，例如使用不同頻率、功率位準、及/或信號調變技術，以判定該DUT接收子系統是否適當地操作。相似地，該DUT將依各種頻率、功率位準、及/或調變技術傳送測試資料封包信號，以供由該測試系統接收及處理，以判定該DUT傳輸子系統是否適當地操作。

為了繼其製造及組裝之後測試這些裝置，目前的無線裝置測試系統一般採用具有用於提供測試信號至各受測裝置(DUT)、及分析自各DUT所接收之信號的各種子系統之測試系統。一些系統（通常稱爲「測試器」）至少包括用於提供待傳輸至DUT的來源信號的一或多個測試信號源（例如，以向量信號發生器(vector signal generator)的形式，或稱「VSG」），及用於分析由DUT產生的信號的一或多個接收器（例如，以向量信號分析器(vector signal analyzer)的形式，或稱「VSA」）。藉由VSG的測試信號之產生及藉由VSA所執行之信號分析通常是可程式化的（例如，透過使用一內部可程式化控制器或一外部可程式化控制器，諸如個人電腦），以允許將各者用於測試各種裝置對於具不同頻率範圍、頻寬、以及信號調變特性之各種無線信號技術標準的遵循。

測試環境可包括二種通用形式的RF信號輸送：(1)導電或有線及/或(2)輻射或無線的一或二者。在前一者的情形中（通常實施為同軸電纜，其中一信號導體係由充當對抗外部電磁干擾之屏蔽的一接地導體所圍繞），一個重要特性係通過導電信號路徑之信號路徑損失的特性。另一者係導因於由連接至DUT之RF信號探針所導致之在導電信號路徑的阻抗與DUT的導電信號連接器的阻抗之間的失配的信號反射及功率損失的特性。雖然用以判定信號路徑損失及/或探針失配的實際技術係簡單的，其等，例如，在各測試序列之前及/或期間已要求作為測試操作之部分之RF信號連接的中斷及重組態。此導致更長的測試時間，及導因於此類時間延遲以及信號連接的潛在修復或重作的測試成本增加。

用於測量在使用一射頻(RF)向量信號收發器測試一RF資料信號收發器受測裝置(DUT)時所使用的一導電RF信號路徑之路徑損失的系統及方法。可藉由最初在DUT測試期間將一開路連接留在正常連接至該DUT的該RF信號路徑端，而實施一路徑損失測量。使用該RF向量信號收發器在多個測試頻率供應該RF測試信號，避免在該RF信號路徑端額外測試短路連接及負載連接的需要。

根據實例實施例，一種用於補償在一待測裝置(DUT)的導電射頻(RF)信號測試中使用的一RF信號探針的功率損失的系統包括：一RF向量信號收發器，其藉由產生一或多個傳出RF信號及時間域處理一或多個傳入RF信號而回應於一或多個收發器控制信號；一RF信號探針，其分別將該一或多個傳出RF信號輸送至一DUT及輸送來自該DUT的該一或多個傳入RF信號；一導電RF信號路徑，其分別經由第一及第二信號路徑端連接至該RF向量信號收發器及該RF信號探針且在其等之間，以輸送該一或多個傳出RF信號及該一或多個傳入RF信號；一或多個處理器，其經耦接以與該RF向量信號收發器通訊；及一或多個記憶體裝置，其耦接至該一或多個處理器，且包含含有複數個(a plurality of)電腦可讀取指令的一非暫時性電腦可讀取媒體。當由該一或多個處理器執行時，該些電腦可讀取指令導致該一或多個處理器提供該一或多個收發器控制信號，使得：該一或多個傳出RF信號包含具有一單頻音調之迭代的複數個相互相異的RF信號頻率；該一或多個傳入RF信號包含來自該RF信號探針且與該一或多個傳出RF信號的至少一部分有關的複數個反射RF信號；及該時間域處理一或多個傳入RF信號包括計算該複數個反射RF信號的複數個經測量信號量值，及計算藉由該導電RF信號路徑之對應於該複數個相互相異的RF信號頻率的複數個預定路徑損失的對應一者所降低的該複數個反射RF信號的複數個淨信號量值。

根據進一步實例實施例，一種用於測量一導電射頻(RF)信號路徑之路徑損失的方法包括：使用一RF向量信號收發器藉由產生一或多個傳出RF信號及時間域處理一或多個傳入RF信號而回應一或多個收發器控制信號；經由一導電RF信號路徑輸送該一或多個傳出RF信號及該一或多個傳入RF信號，該導電RF信號路徑經由一第一信號路徑端連接至該RF向量信號收發器，且具有與該第一信號路徑端相對且具有一開路電連接的一第二信號路徑端；及藉由存取及執行複數個電腦可讀取指令而與該RF向量信號收發器通訊，以提供該一或多個收發器控制信號。該些電腦可讀取指令的執行導致提供該一或多個收發器控制信號，使得：該一或多個傳出RF信號包含具有一單頻音調之迭代的複數個相互相異的RF信號頻率；該一或多個傳入RF信號包含來自該開路電連接且與該一或多個傳出RF信號的至少一部分有關的複數個反射信號；且該時間域處理一或多個傳入RF信號包含計算該導電RF信號路徑之對應於該一或多個傳出RF信號的該至少一部分的複數個路徑損失。

下文實施方式係參照附圖之根據所主張之本發明之實例性實施例。此等說明意欲為說明性的而非限制本發明之範疇。充分詳細描述此等實施例以使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實踐本發明標的，並且將瞭解可在不脫離本發明標的之精神及範疇的情況下以一些變化實踐來其他實施例。

在本揭示各處，如無相反於本文的明確指示，可理解所描述之個別電路元件在數目上可為單一個或是複數個。例如，「電路(circuit)」及「電路系統(circuitry)」一詞可包括單一個或複數個組件，可為主動及/或被動，且經連接或以其他方式耦接在一起（例如，作為一或多個積體電路晶片）以提供所述的功能。另外，「信號(signal)」一詞可指一或多個電流、一或多個電壓或資料信號。在圖式中，類似的或相關的元件會有類似的或相關的字母、數字或文數字標誌符。另外，雖然已在使用離散電子電路系統（較佳地，以一或多個積體電路晶片之形式）之實施方案之內容脈絡中討論本發明，但是取決於待處理之信號頻率或資料速率，可替代地使用一或多個適當程式化處理器來實施此電路系統之任何部分之功能。另外，在圖中繪示各種實施例之功能方塊之圖式的情況中，該些功能方塊非必然指示硬體電路系統之間之劃分。

參照圖1，用於導電RF信號測試的共同測試環境10a包括測試器12（例如，VSG及VSA組合，或向量收發器），及導電RF測試信號路徑14以連接至DUT 16。信號路徑14可包括經由RF連接器15b連接至測試器12、及經由另一RF連接器15c連接至DUT 16的一或多個RF電纜及（多個）夾具15a。為準確地測試DUT 16，必須判定信號路徑14的RF信號損失，以促成藉由及從DUT 16接收之信號的準確測量。目前有三種這樣作的技術佔主導地位。

一種方法包括使用經由RF信號路徑14而連接至代替DUT 16的功率計（未圖示）的RF信號源（例如，測試器12），以測量功率計所接收者與來自該來源的已知信號功率之間的絕對功率差。然而，此需要在來源與功率計之間的高準確度的測量差，以及重組態DUT測試配置以經由信號路徑14而連接信號源及功率計。

第二方法包括使用雙埠向量網路分析器（VNA，未圖示）代替測試器12，其中二個埠在至RF信號路徑14的各連接15b、15c以更直接地測量插入損失（在S-參數用語中通常稱為S21）。因此，此需要更昂貴的測試設備，例如，VNA，以及亦重組態DUT測試配置以連接至VNA。

第三方法包括在至RF信號路徑14的一個連接15b使用測試器12，及每次在另一連接15c使用具有受測試RF系統的適當特性阻抗（例如，50歐姆電阻性）的開路連接(OPEN)、短路連接(SHORT)、及負載連接(LOAD)，以促成各端子連接（OPEN、SHORT、及LOAD）之傳回損失的測量。所有三個測量結果可接著用以計算路徑損失。此具有將正常DUT測試配置有效地使用為模擬向量網路分析器(VNA)的效果，以測量傳回損失（S-參數S11）。若現代的VSA/VSG系統支援同時VSG/VSA操作，並執行經傳輸及經接收信號的適當處理，其等亦可執行此一測量。雖然此方法可促成DUT測試配置的維持，但仍需要設計用於OPEN、SHORT、及LOAD測量的特殊連接器以及三個操作，以在此等三個特殊連接器中切換。（此常稱為OSL方法。）

此等方法的缺點可使用目前揭示之實例實施例的系統及方法避免。如下文更詳細地討論的，向量收發器（例如，測試器12）連接至RF信號路徑14的輸入15b，且OPEN連接在輸出15c。優點包括維持DUT測試配置並避免需要額外或不同的測試設備，從而節省操作時間及成本。此外，雖然特殊的OPEN連接器可係有幫助的，其不應係必要的，因為可簡單地以無端的RF信號路徑14的輸出連接15c替代，且因此使用為OPEN。在大多數自動化測試配置中，RF信號探針可使用在電纜之當無端時（例如，未連接至諸如DUT的負載）用作OPEN連接的端。

參照圖2，根據實例實施例之用於導電RF信號測試的測試環境10b包括測試器12（例如，向量信號收發器），及導電RF測試信號路徑14，其包括經由輸入RF連接器15b連接至測試器12的一或多個RF電纜及（多個）夾具15a及輸出RF連接器15c。然而，當測試路徑損失時，輸出RF連接器15c可保持無端以提供OPEN連接15 cc。

作為可選的初始程序，可建立或以其他方式判定與所使用的（多個）測試硬體組態有關的資訊。例如，此類資訊可包括與RF信號路徑14有關的細節，諸如互連電纜的數目、各電纜的長度、多少個連接器係恰當的等。如所提到的，取代將輸出連接器15c連接至DUT 16，連接RF OPEN連接器或使輸出連接器15c保持未連接（亦即，無端）

待測量之RF測試信號頻率的範圍（例如，具有對應頻率餘裕）可基於預謀或預期的DUT操作選擇或定義。向量信號收發器測試器可經程式化或以其他方式控制，以使用其之發射器在基帶頻率提供（例如，產生及發射）用於RF測試信號頻率之各者的單一DC音調，且使其接收器能擷取RF測試信號頻率之各者的對應傳回信號。經擷取I/Q信號樣本可在擷取時間上平均以計算單一複數(complex number)。在部分或全部的經定義頻率範圍上重複傳輸入射信號及擷取反射信號的此等步驟可促成一複數陣列的計算，該些複數的各者對應於經定義頻率的各別一者。此類複數數值陣列可根據已知原理處理，以針對待測量的各頻率計算路徑損失。

參照圖3，此處理20可包括傳回信號資料21可被處理22的步驟，以提取用於在設計濾波器24時使用的時間或距離資訊23（於下文更詳細地討論），該濾波器的特性25可用以濾波26傳回信號資料21。經濾波傳回信號資料27可被平均，以計算28所測試之頻率的絕對路徑損失29。此類處理20可從距離域或頻率域其中一者的觀點結構化或施加以有效地用於相同目的，例如，藉由處理、濾波、及平均沿著對應於（例如，由入射及/或反射信號脈衝所行進的）距離或（例如，入射及/或反射信號的）頻率的方式處理的測量信號資料。

參照圖4，經測量路徑損失之使用習知OSL方法、及根據如上文討論之實例實施例的方法，在從低於1 GHz至多於5GHz的頻率範圍上的經驗測試結果的線性圖，展示本文討論的更有利技術多緊密地產生緊密地跟蹤習知OSL方法之測試結果的測試結果。

如上文提到的，習知路徑損失測量及補償技術無法計及在連接至DUT之RF探針的（多個）額外信號損失，更不用說補償額外信號損失，因此有效地假設在RF探針與DUT上的RF連接器之間存在完美匹配。然而，因為將RF探針成功地連接至DUT主要依賴機械操作，且係藉由應用適當的物理力而控制。因此，在多個連接已產生及移除之後不久，表面磨損及應用力上的關聯變化在RF探針至DUT連接器之間的匹配上導致劣化。此在信號路徑上導致將不能單獨藉由上文討論的路徑損失測量偵測或補償的進一步功率損失。由此類RF探針連接器失配所導致的此類額外功率損失可導致更高的重測試DUT比率，其繼而需要額外的DUT連接實例且可導致製造良率降低。

參照圖5，根據實例實施例之用於偵測及促成補償在執行導電RF信號測試時失配的RF探針的測試環境40，包括測試器42（例如，VSG/VSA組合或向量信號收發器），及導電RF測試信號路徑44以促成至DUT 16的連接。信號路徑44可包括經由RF連接器45b連接至測試器42、及經由RF探針總成45c連接至DUT 16的一或多個RF電纜及（多個）夾具45a。至DUT 16的連接係經由輸入RF探針連接器45cb、RF探針45ca、及輸出RF探針連接器45 cc完成，該輸出RF探針連接器繼而連接至DUT 16的RF連接器17。

如下文所更詳細地討論的，根據實例實施例，可藉由測量傳回信號，以評估由RF探針失配所導致的反射信號，並繼而將此類反射解釋為額外的信號路徑功率損失，而對導電RF信號測試中的RF探針失配的功率損失提供補償。優點包括維持DUT測試組態，因為任何額外的功率損失皆可使用維持在其期望測試組態中的DUT測量。因為DUT控制動作不係必要的，完全控制可由測試器保持。在各DUT插入至測試組態之後，可對此類額外功率損失提供補償，從而增加DUT RF測試的準確度。

此程序首先可藉由將DUT連接至RF探針而執行。此可藉由之後定義將在其執行測量的特定頻率、或與定義將在其執行測量的特定頻率同時執行而繼續進行。在此類入射信號傳輸的任何所得反射可由測試器的接收器擷取的同時，向量收發器測試器可在基頻信號頻率傳輸單一DC音調。可計算經擷取I/Q樣本在時間上的平均值，以提供單一複數。此類入射信號傳輸、反射信號擷取、及平均計算，可在所定義的頻率範圍上迭代。最後，可處理經計算複數，以判定由RF探針失配所導致的反射信號。

判定由RF探針失配所導致之反射信號的經計算複數的此處理，可結合先前使用上文討論的習知OSL方法所判定的RF信號路徑損失資料執行。此將允許移除原始測試組態的RF信號路徑效應，其中將（多個）任何剩餘損失歸因於由RF探針失配所導致的反射信號並補償之。替代地，此類處理可結合藉由使用上文討論的技術判定的RF信號路徑損失資料執行，其中OPEN（例如，無端）RF信號路徑端連接與向量收發器測試器一起使用，以提取由匹配問題導致之來自RF探針的反射信號。若反射信號超過或另外橫越預定臨限，可中止測試以使此類問題能改正或以其他方式解決。否則，在DUT RF測試繼續的同時，對加入的功率損失的補償可由測試器施加。

參照圖6，導因於RF探針反射的經測量路徑損失之使用習知功率計方法、及根據如上文討論之實例實施例的方法，在從低於1 GHz至接近6GHz的頻率範圍上的經驗測試結果的線性圖，展示本文討論的更有利技術多緊密地產生緊密地跟蹤習知功率計方法之測試結果的測試結果。

參照圖7，如上文提到的，此等操作可自時間域或距離域的觀點執行。如本文所描繪的，如將由所屬技術領域中具有通常知識者所輕易瞭解的，時間域及距離域中之處理的相互關連性，可鑑於反射信號脈衝將在已知與入射信號脈衝傳輸之後反射信號脈衝所必須行進的距離有關的時間遲延AT之後、由測試器的接收器擷取的事實而可更輕易地瞭解。

本發明之結構及操作方法上的各種其他修改與變更在不脫離本發明之範疇及精神的情況下對所屬技術領域中具有通常知識者將係顯而易見的。雖然已結合具體較佳實施例來描述本發明，但是應理解，如所主張之本發明不應不適當地受限於此等具體實施例。以下申請專利範圍意圖界定本發明的範圍，及由此涵蓋這些申請專利範圍及其均等物的範圍內的結構及方法。

10a:共同測試環境 10b:測試環境 12:測試器 14:導電RF測試信號路徑；信號路徑 15a:RF電纜及夾具 15b:RF連接器；連接；輸入；輸入RF連接器 15c:RF連接器；連接；輸出；輸出連接；輸出RF連接器；輸出連接器 15cc:OPEN連接 16:DUT 17:RF連接器 20:處理 21:傳回信號資料 22:處理 23:時間或距離資訊 24:濾波器 25:特性 26:濾波 27:經濾波傳回信號資料 28:計算 29:絕對路徑損失 40:測試環境 42:測試器 44:導電RF測試信號路徑；信號路徑 45a:RF電纜及夾具 45b:RF連接器 45c:RF探針總成 45ca:RF探針 45cb:輸入RF探針連接器 45cc:輸出RF探針連接器

[圖1]描繪用於導電RF信號測試的共同測試環境。

[圖2]描繪根據實例實施例之用於導電RF信號測試的測試環境。

[圖3]描繪根據實例實施例之信號資料濾波器的設計及使用。

[圖4]描繪使用習知OSL技術及使用根據實例實施例之技術的經驗測試資料的比較。

[圖5]描繪根據實例實施例之用於導電RF信號測試的測試環境。

[圖6]描繪使用習知RF功率計及使用根據實例實施例之作為RF探針之SMA共軸轉連接器的經驗測試資料的比較。

[圖7]描繪對應入射RF信號與反射RF信號之間的時間關係。

10b:測試環境

12:測試器

14:導電RF測試信號路徑；信號路徑

15a:RF電纜及夾具

15b:RF連接器；連接；輸入；輸入RF連接器

15c:RF連接器；連接；輸出；輸出連接；輸出RF連接器；輸出連接器

15cc:OPEN連接

Claims (7)

1. 一種用於測量一導電射頻(RF)信號路徑之路徑損失的系統，該系統包含： 一RF向量信號收發器，其藉由產生一或多個傳出RF信號及時間域處理一或多個傳入RF信號而回應一或多個收發器控制信號； 一導電RF信號路徑，其經由一第一信號路徑端連接至該RF向量信號收發器，以輸送該一或多個傳出RF信號及該一或多個傳入RF信號，且具有與該第一信號路徑端相對且具有一開路電連接的一第二信號路徑端； 一或多個處理器，其經耦接以與該RF向量信號收發器通訊；及 一或記憶體裝置，其耦接至該一或多個處理器且包含含有複數個電腦可讀取指令的一非暫時性電腦可讀取媒體，當該複數個電腦可讀取指令由該一或多個處理器執行時，導致該一或多個處理器提供該一或多個收發器控制信號，使得 該一或多個傳出RF信號包含具有一單頻音調之迭代的複數個相互相異的RF信號頻率， 該一或多個傳入RF信號包含來自該開路電連接且與該一或多個傳出RF信號的至少一部分有關的複數個反射信號，且 該時間域處理一或多個傳入RF信號包含計算該導電RF信號路徑之對應於該一或多個傳出RF信號的該至少一部分的複數個路徑損失。
2. 如請求項1之系統，其中該導電RF信號路徑的該第二信號路徑端係電無端的。
3. 如請求項1之系統，其中該計算複數個路徑損失包含計算該第一信號路徑端與該第二信號路徑端之間的一距離。
4. 如請求項3之系統，其中該計算複數個路徑損失進一步包含計算相關於該距離的複數個濾波器資料，及根據該複數個濾波器資料濾波該一或多個傳入RF信號。
5. 一種用於測量一導電射頻(RF)信號路徑之路徑損失的方法，其包含： 使用一RF向量信號收發器藉由產生一或多個傳出RF信號及時間域處理一或多個傳入RF信號而回應一或多個收發器控制信號； 經由一導電RF信號路徑輸送該一或多個傳出RF信號及該一或多個傳入RF信號，該導電RF信號路徑經由一第一信號路徑端連接至該RF向量信號收發器，且具有與該第一信號路徑端相對且具有一開路電連接的一第二信號路徑端；且 藉由存取及執行複數個電腦可讀取指令而與該RF向量信號收發器通訊，以提供該一或多個收發器控制信號使得 該一或多個傳出RF信號包含具有一單頻音調之迭代的複數個相互相異的RF信號頻率， 該一或多個傳入RF信號包含來自該開路電連接且與該一或多個傳出RF信號的至少一部分有關的複數個反射信號，且 該時間域處理一或多個傳入RF信號包含計算該導電RF信號路徑之對應於該一或多個傳出RF信號的該至少一部分的複數個路徑損失。
6. 如請求項5之方法，其中該計算複數個路徑損失包含計算該第一信號路徑端與該第二信號路徑端之間的一距離。
7. 如請求項6之方法，其中該計算複數個路徑損失進一步包含計算相關於該距離的複數個濾波器資料，及根據該複數個濾波器資料濾波該一或多個傳入RF信號。