R&S公司多端口器件自動化測試方案

趙毅 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

羅德與施瓦茨技術(shù)專欄

R&S公司多端口器件自動化測試方案

趙毅 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

編者按：無線通信產(chǎn)品中的射頻器件正變得越來越復(fù)雜，集成度也越來越高。以4G手機的射頻開關(guān)模塊為例，如果使用傳統(tǒng)的兩端口或四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，將面對大量的換線操作，這不僅會大大降低測試速度，還會為測試過程帶來很多不確定性。顯然這種方案無法滿足生產(chǎn)線測試對全自動化、高吞吐量、高一致性的要求。羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司趙毅所撰《R&S公司多端口器件自動化測試方案》一文對R&S公司多端口器件自動化測試方案進行了介紹。ZNrun是R&S公司基于R&S矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀推出的自動化測試軟件，主要針對多端口射頻器件的測試。與R&S公司的多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀一起構(gòu)成了多端口射頻器件在生產(chǎn)線上的自動化測試方案；提供可視化的操作界面來配置測試儀器和被測件；所有的配置數(shù)據(jù)都通過服務(wù)器統(tǒng)一管理，而且一個服務(wù)器可以管理多個測試任務(wù)，極大地方便了測試流程的集中管理。

ZNrun是R&S公司基于R&S矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀推出的自動化測試軟件，主要針對多端口射頻器件的測試。與R&S公司的多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀一起構(gòu)成了多端口射頻器件在生產(chǎn)線上的自動化測試方案；提供可視化的操作界面來配置測試儀器和被測件；所有的配置數(shù)據(jù)都通過服務(wù)器統(tǒng)一管理，而且一個服務(wù)器可以管理多個測試任務(wù)，極大地方便了測試流程的集中管理。

ZNrun 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 矩陣開關(guān) 多端口器件 自動化測試

1 多端口射頻器件測試需求

如今，無線通信產(chǎn)品中的射頻器件正變得越來越復(fù)雜，集成度也越來越高。以4G手機的射頻開關(guān)模塊（FEM）為例，它的端口數(shù)量往往超過20個。如果使用傳統(tǒng)的兩端口或四端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA），將面對大量的換線操作，這不僅會大大降低測試速度，還會為測試過程帶來很多不確定性。顯然這種方案無法滿足生產(chǎn)線測試對全自動化、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解決方案ZNB+ZNB-Z84和ZNBT。前者通過開關(guān)矩陣來擴展VNA的原有端口數(shù)量，最多可擴展為48個測量端口。后者則是真正意義上的多端口VNA，它支持最多24個測量端口，每個端口后面都有一套獨立的接收機。這樣不僅可以保證VNA的射頻性能不受影響，而且測試速度也比前者快出許多。

ZNrun是針對上述多端口VNA開發(fā)的自動化測試軟件。它將儀器控制、被測件控制、測試流程控制集成到同一個軟件平臺，用戶可以非常方便直觀地對測試任務(wù)進行設(shè)置，并得到測試結(jié)果。整個測試過程都有ZNrun全程控制，真正實現(xiàn)自動化測試，為用戶節(jié)省了大量時間。

2 ZNrun軟件架構(gòu)

ZNrun分為服務(wù)器（Server）和客戶端（Client）兩大部分。從圖1可以看出，Server是ZNrun的核心部分，連接3個不同的Client：配置（Configuration）、校準（Calibration）和測量（Measurement）。它還與測量儀器相連，所有的連接都通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)。同時，它還能控制被測件，比如ZNB-B15選件提供的GPIO接口，在ZNrun中可以設(shè)置GPIO不同的電平輸出來控制被測件的狀態(tài)切換或為被測件供電。

所有與被測件、測試儀器、測試項目相關(guān)的信息被稱為測量執(zhí)行單元（MEU）。ZNrunServer在后臺運行并管理著所有的測量執(zhí)行單元（MEU）。在運行Server之前，用戶首先需要在ConfigurationClient中對儀器類型地址、被測件、測試項等進行設(shè)置，然后將設(shè)置加載到Server中，并相應(yīng)生成一個MEU。Server會根據(jù)用戶的配置信息計算出儀器與被測件之間的連接方式，儀器校準方案等。加載成功后，就可以啟動CalibrationClient和MeasurementClient中進行校準和測試。

在ZNrunServer中可以加載一個MEU，也可以加載多個MEU，這特別符合生產(chǎn)線測試的需求。如圖2所示，當(dāng)有多個工位需要同時測試時，客戶只需要在一個PC上啟動Server，并針對每個工位建立相應(yīng)的MEU。那么所有工位的測試任務(wù)都可以在同一個Server上運行，實現(xiàn)并行測試。ZNrun采用USBdongle進行License鑒權(quán)，Server只有在識別到License后才能運行。ZNrun提供兩種License：ZNrun-K1支持一個MEU，ZNrun-K2支持多個MEU同時運行。

圖1 ZNrun軟件架構(gòu)

3 ZNrun測試流程

ZNrun提供可視化的軟件界面對測試任務(wù)的相關(guān)信息進行配置，打開MeasurementClient就可以進入配置界面。為了讓配置更加簡單，如圖3所示，ZNrun將配置界面分為測量儀器（MeasurementDevices）和被測件測量計劃（DUTMeasurementPlan）兩個部分。前者主要設(shè)置VNA、開關(guān)矩陣以及校準件類型等與儀器相關(guān)的信息；而后者主要設(shè)置被測件的端口、GPIO控制電平狀態(tài)以及所有的測試項目等與被測件相關(guān)的信息。這樣做的好處在于，當(dāng)測量儀器發(fā)生改變時，用戶只需要修改VNA的信息，而無需做其他修改。

所有的設(shè)置完畢后，MeasurementClient中的數(shù)據(jù)需要加載到Server中并生成一個MEU。Server會根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)生成一個儀器與被測件的連接方案。這個方案根據(jù)實際情況兼顧測試速度與性能兩個方面。此外，ZNrun還會設(shè)計對測試順序來進行優(yōu)化，減少不必要的開關(guān)切換，提供測試速度。

圖2 ZNrunServer與MEU

圖3 ComfigurationClient操作界面

ZNrunServer還會為每個MEU生成對應(yīng)的校準方案。當(dāng)端口數(shù)變多時，校準過程也會變得更加復(fù)雜。Server也會根據(jù)MEU的相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化校準步驟。CalibrationClient會顯示每一步校準過程中校準單元與儀器之間的連接。在校準過程中，用戶只需要按部就班根據(jù)提示進行連接校準。每一步校準的完成情況也會顯示在軟件界面上。校準完后，ZNrun能生成相應(yīng)的報告，里面有校準時間、操作人等相關(guān)信息，以作為校準的證據(jù)。

MeasurementClient負責(zé)儀器的初始化和測量的執(zhí)行。在初始化階段，ZNrun將會連接儀器，并根據(jù)MEU中的數(shù)據(jù)對儀器進行設(shè)置，然后就可以開始進行測試。針對測試結(jié)果，ZNrun提供兩種顯示方式。如圖4所示，在第一種模式中用戶可以看到之前測試的每個被測件是否通過，并且ZNrun會對所有的被測件進行統(tǒng)計，顯示通過率以及測試的吞吐量；另一種模式是針對某一個被測件，用戶可以看到這個被測件的每一個測試項的通過情況。在這個模式下，支持每個測試項的分步運行，以及重測功能。

4 功能擴展

在實際測試中，可能會遇到一些比較復(fù)雜的需求是ZNrun無法滿足的。例如，當(dāng)測試系統(tǒng)中需要添加額外儀器（如頻譜儀、程控電源）時，ZNrun的ConfigurationClient無法將這些儀器添加到其配置中。再比如，用戶需要輸出更多的測試數(shù)據(jù)并將其保存在Excel文件中，ZNrunMeasurementClient也無法提供這樣的功能。針對這些應(yīng)用，ZNrun提供插件（Plugin）方式來擴展其原有功能。Plugin是一個基于C#編寫的DLL文件。用戶只需要根據(jù)ZNrun提供的接口函數(shù)，編寫C#代碼來實現(xiàn)希望的功能，然后將生成的Plugin文件放在固定文件夾下。當(dāng)用戶運行ZNrun時，相關(guān)的插件功能就會自動加載到整個測試序列中。ZNrun提供所有的接口函數(shù)的說明，并提供了幾個典型的代碼實例。

5 結(jié)束語

R&S?ZNrun與R&S多端口VNA構(gòu)成了一個強大的多端射頻器件自動測試平臺。使用ZNrun用戶甚至不用了解VNA的操作方法。所有的設(shè)置都在ZNrun的可視化界面中完成。一旦設(shè)置完成，ZNrun就會將所有的設(shè)置，自動生成相應(yīng)的參數(shù)來控制整個測試流程。而生產(chǎn)線工人在操作時，只需要將之前保存好的配置文件調(diào)用出來就可以完成自動化測試。強大的插件功能也支持用戶對ZNrun原有的功能進行擴充，實現(xiàn)定制化的解決方案。ZNrun作為一款針對多端口射頻器件的自動化測試軟件，不僅大大縮短了測試軟件的開發(fā)時間，同時提高了測試效率，完全可以靈活地滿足生產(chǎn)線自動化測試的各種需求。

圖4 MeasurementOlient結(jié)果顯示

1 R&S?ZNrun-K1AutomatedTestSoftwareVNA-Datasheet

2 R&S?ZNrun-K2AutomatedTestSoftwareVNA-Datasheet

3 R&S?ZNrunAutomatedTestSoftware-ProductBrochure