懸而未決的產線問題
使用空中下載(OTA)的無線傳輸的方式(也稱為無線耦合模式)為待測物(DUT)的RF部份進行測試，一直是許多ODM與OEM廠商多年來努力想要達成的目標。事實上，采用與DUT天線直接無線耦合以避免RF實體連接的測試模式已歷經多方嘗試了，但由于以下種種原因而無法得到令人滿意的結果：
‧大部份的天線主要依靠電場進行傳輸，即使DUT的位置些微改變，也會讓測試結果出現很大的變化。
‧相對于穩(wěn)定的測試作業(yè)，具有多支天線的DUT上各天線之間的交互耦合通常會太強。
‧甚至要從整合于PCB的2.4GHz與5GHz小型天線取得高效能也相當具有挑戰(zhàn)性，尤其是高度全向性以及效率達60-80%的天線。
然而，這些要求正是進行OTA測試的基本必要條件，透過一款結合CPL天線與測試設備實現的無線耦合測試方案，可望滿足所有的要求，在Wi-Fi產品的生產制造過程中實現精確且低成本效益的測試。
CPL天線是一款結合磁圈輻射器與同位電場輻射器的復合式天線。相較于傳統(tǒng)天線技術只激勵電輻射器或磁輻射器，CPL天線同時激勵兩種輻射器，大幅提高了性能與輻射效率(達90%)。
OTA/耦合測試概念驗證
為 了驗證以CPL天線與生產級測試治具進行OTA測試的概念，DockOn已經使用網絡分析儀以及LitePoint IQxel80對數十種DUT進行了大量測試作業(yè)。為了避免由于使用不同測試儀器而造成的結果差異，所有的主動測試都采用同一臺IQxel80進行量測。 雖然從已有的測試結果中可以得到相當好的關連性，但針對更多待測組件進行重復性測試，可望取得更準確與完整的統(tǒng)計結果。測試的項目包括：
‧待測電路裸板測試結果的可重復性，以及在多個不同測試位置的耦合損耗。
‧在涵蓋2.4-2.5GHz及5-6GHz頻段的不同頻段進行測試。
‧以產品測試腳本為具備完整功能的DUT進行超過25次的量測，以驗證結果的可重復性。
‧為非指定天線進行交互耦合量測。
‧在OTA與傳導模式下為DUT進行校正與測試結果比較。
‧在近場耦合下的天線特性以及非完美RF連接器影響測試結果。
簡單地說，實驗數據顯示，在2.4-2.5GHz與5-6GHz頻段下，針對RF傳輸校正與驗證以及接收時，采用OTA模式的天線性能、設定與匹配度均較采用傳導模式時更具有可重復性。
首先，當板間距離為3mm并使用CPL天線時，OTA模式的耦合損耗非常低，在2.4-2.5GHz和5-6GHz頻段時的損耗分別低于7.6dB與 12dB。其次，以3mm間距進行耦合時不至于產生失調或感應度降低的現象，在5-6GHz頻段的頻率響應也具有高線性度。此外，在兩組頻段的變化范圍都 小于+/-0.7dB，實現高精確度。
再者，為相同的DUT重復進行OTA主動測試以驗證測試設定，可測得不錯的傳輸功率標 準差結果，而平均腳本測試的整體結果，可得到的數據在2.4GHz及5-6GHz分別為0.21dBm及0.28dBm。最后，比較在OTA及傳導模式下 的DUT測試結果，在2.4-2.5GHz頻段時十分匹配，二者的平均標準偏差均為0.2dBm;而在5-6GHz頻段，OTA及傳導模式分別為 0.44dBm及0.63dBm。
驗證結果的采樣
以下為驗證與比較在OTA與傳導模式下所測量的數據結果。
表1：以十片裸板進行重復測試取得的耦合損耗S21
S 參數的測量可作為OTA測試技術的一種驗證方式：以半柔性的電纜線將DUT裸板上的天線Ai及參考裸板上的天線ARj連接至網絡分析儀，在考慮纜線損耗的 條件下，測量天線間的無線能量傳輸。針對多片電路板重復同樣的測試時，必須考慮各種不同天線組合的耦合情況，以便驗證在FR4 PCB產品上天線性能的穩(wěn)定度──在i=j時，Ai與ARj之間的低耦合損耗，以及在i≠j時，對Ai與ARj之間交叉耦合抑制。
在此操作程序中也包含確定OTA耦合測試的最小距離以及驗證天線在近場范圍內的工作性能。表格1中總結了以十片DUT裸板與測試治具上的參考天線進行無線耦 合測試的結果：耦合損耗小于12dB，對于目標頻帶內的任意頻率，十片DUT的平均標準偏差值為小于+/-0.7dB，表現不錯的量測結果。
圖3a/3b/3c：以完整測試腳本對一片主動待測電路板進行約30次重復測試
表格2：以一片主動待測電路板進行29次重復傳輸功率量測(同一量測腳本)[!--empirenews.page--]
驗證完整OTA建置的一項良好指標是為同一DUT重復多次同樣的測試腳本(例如30次)。記錄每次實驗量測到的傳輸功率最大值與最 小值，，即可繪制成圖3a(2.4-2.5GHz)與3b(5-6GHz)，顯示不錯的量測結果：在所有的量測結果中最壞情況下的Max-Min值在 2.4-2.5Hz時為+/-0.41dBm，而在5-6GHz時則為+/-1.32dBm。另一方面，整體量測的標準偏差平均值在2.4-2.5GHz及 5-6GHz頻段分別為0.21dBm與0.28dBm，相較于采用傳導模式時通過與否(pass/fail)的業(yè)界標準值──在2.4-2.5GHz 為+/-1.5dBm以及在5-6GHz為+/-2.0dBm，OTA測試模式的結果表現更好。
圖3的柱狀圖也顯示出一項 以MCS-7高資料率(在80MHz高頻信道實現5120MHz工作頻率)進行測試的傳輸功率分布圖。相較于判斷通過與否的標準范圍而言，這個分布范圍相 對較窄。以傳導模式進行類似的重復性測試(將測試接頭斷開后后重新接上并重復測量30次)取得傳輸功率極大值與極小值的最壞結果，在2.4-2.5GHz 與5-6GHz頻率時分別為+/-0.37dBm與+/-0.62dBm。當然，這些結果只是對有限數目的樣品實驗取得的數據結果，后續(xù)更多的測試將可以 提供更為準確的統(tǒng)計數據。
圖4a/4b/4c/4d/4e以完整測試腳本對25片主動DUT進行OTA與傳導模式的量測結果比較
表格3：對多于25片DUT測試OTA與傳導模式傳輸功率的結果比較
從圖4a及4b可以觀察到OTA模式和傳導模式的測試結果在2.4-2.5GHz表現出非常好關聯性。圖4c與4d可觀察到在5-6GHz頻段中傳輸功率的 匹配也很好，平均二者的差異小于0.5dB。從第4張圖可以觀察到OTA測試結果的分布變化情況比傳導模式的更好，即使EVM分布范圍稍寬，但還是在判斷 通過與否的最小范圍內。由于第15、17及19次的測試值EVM最高值為-29、-27及-28dB，而與其相對應的三個低數據傳輸速率為OFDM6或者 MCS0模式，因此并不會造成任何影響。對這三種情況而言，EVM通過與否的判斷標準最高值為-5dB，因此，OTA量測結果完全可以通過EVM的要求規(guī) 格，兩者的值之間還有相當大的空間。
表格3為傳輸功率結果的總結。值得注意的是，在無線耦合與傳導模式的RF 連接二者間的差異可能會影響發(fā)射功率放大器(PA)的匹配阻抗，這也就是在前后端出現一些較小偏差的原因。因此，針對發(fā)射端的量測作業(yè)，無線耦合測試才是 較實際的量測方法，因為在實際的情況下，發(fā)射端后面接的就是天線，而在傳導模式中天線部份則完全被忽略了。
DockOn的OTA/耦合測試解決方案
Dockon 的解決方案是使用CPL印刷天線以及一款精確的測試治具，并以DUT裸板作為參考天線耦合器。將參考天線連接到零壓力連接器，經由標準SMA電纜接取至 LitePoint的Wi-Fi測試儀器(如IQxel)，使用一臺預載測試軟件(如IQfact+)的計算機來控制測試儀器與DUT。除了測試治具以及軟 體設定以外，不必再為標準RF測試站臺進行任何改變。
‧測試步驟包含二個部份：首先使用一個作為參考的黃金單元(GU)DUT對測試站進行一次性校準。其次，以GU作為參考，校準并測試每一片待測電路板。
‧測試站的校準步驟：首先，使用GU進行歸零校準，為測試腳本的所有頻率確定從GU的發(fā)射機部份到LitePoint測試設備的校準系數。接著，將所取得的校準系數輸入測試軟件(僅限1次)，這組系數將用于對后續(xù)每件DUT進行OTA測試。
‧DUT測試步驟：首先將DUT放在OTA耦合裝置治具上; 接上電源線與數字網絡線，關閉RF屏蔽盒，且無需任何RF聯機。接著，以所收集到的校準系數執(zhí)行LitePoint腳本(RF TX校準、TX/RX驗證與EVM)進行量測。在測試結束后，打開RF屏蔽盒并移除DUT。
此外，也可以在產線現場對無線耦合測試裝置進行快速動態(tài)站校準驗證。
圖5：OTA測試設備的簡單方塊圖。
結語
OTA測試對于產品測試帶來的好處：
‧降低剩余材料成本：在PCB上不需要RF連接器或RF切換/連接器，也不需要分離式天線配件(天線、同軸電纜與連接器)。
‧更低的維護成本：不必每15,000次工作周期后就為測試設備更換RF接頭或電纜。
‧提升產線質量：在SMD組裝線后不必再手動進行焊接或天線電纜連接。
‧靈活的測試臺和設備：更方便地改變指定測試站的待測產品。
‧加速并簡化生產測試以及經驗證的解決方案。
‧整合的無線耦合解決方案：RF TX校準、RF TX/RX驗證，以及數據吞吐量的驗證。
‧無線數據傳輸速率測試成為測試選項: 產線測試的最終目標在于確定每個組件的正確焊接，這個部份-包括天線的測試-已經能夠透過OTA 測試來完成了，因此，后續(xù)的無線數據傳輸速率測試可望成為一種選擇而非必要的測試。
如何在WiFi生產過程中進行耦合測試
該解決方案是以利用DockOn的CPL天線技術為基礎。DockOn的CPL天線特別適合于OTA/耦合測試：
‧ 由于磁場組件強大及寬帶的特性，在短距離具有強大的耦合效果。
‧ 在近場中對失調與頻率漂移的適應能力。
‧ 采用經驗證且穩(wěn)定的單層板技術。
‧ 在一般的FR4印刷電路板材可以有很高的輻射效率。
因此，當產品中采用了DockOn的CPL天線設計，就可以在生產過程中采用OTA/耦合測試技術，以優(yōu)化的測試設置協(xié)助制造商提升產量。
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