CN112003657B - 无需射频测试座的板级射频信号测试***、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明所提出的无需射频测试座的板级射频信号测试***、方法及装置，用于测试射频电路的射频信号；包括射频测试探针、调谐模块和测试仪表模块，射频测试探针一端与射频电路的天线弹片连接，另一端与调谐模块连接；调谐模块与测试仪表模块连接，调谐模块根据回波损耗调节匹配阻抗；匹配阻抗与射频电路的阻抗匹配；直接利用射频测试探针与射频电路中的天线弹片电连接，然后通过调谐模块调节匹配阻抗的大小，并且可以通过回波损耗的大小来判断匹配阻抗是否匹配到位，直到匹配阻抗与射频电路中的阻抗相匹配，以达到可直接通过天线弹片进行射频信号测试的目的；测试结果严谨、结构巧妙；省去了射频电路中射频测试座的设计空间和生产成本。

Description

无需射频测试座的板级射频信号测试***、方法及装置

技术领域

本发明涉及射频信号测试技术领域，尤其涉及一种无需射频测试座的板级射频信号测试***、方法及装置。

背景技术

近年来，随着通信技术的不断发展，无线产品的普及程度越来越高，每年全球生产的无线产品的数量也不断增加，人们的生产生活日趋便捷。无线产品（以手机为代表）主要是指通讯频率工作在300kHz~300GHz，该频段范围内的通讯信号又叫做射频信号。为了保证无线产品主板上的射频信号质量，以满足无线产品一系列最基本的无线通信需求，通常需要对主板上的射频芯片进行板级射频测试。

如图1所示，传统的板级射频测试方案，是通过设计开发阶段在无线产品的主板上增加射频测试座，并在测试时将射频测试探针的一端和无线产品主板上的射频测试座进行机械结构的扣合，射频测试探针的另一端通过射频测试线缆连接到测试仪表模块，最后通过测试仪表模块的测量结果来判定无线产品板级射频测试是否合格，无线产品的主板是良品，还是不良品来进行筛选，以保证射频信号质量。以手机为代表的的无线产品已经发展到了5G时代，无线产品主板上使用的射频信号频率范围越来越广，为了保证无线产品的通讯质量，这就需要在无线产品上市前做更完备的板级射频测试以覆盖无线产品上市后使用到的所有射频信号频率范围。当前是通过设计开发阶段在无线产品的主板上增加更多的射频测试座；2~4G时代无线产品主板上的射频测试座的数量以个位数来计算，5G时代这个数量会上升到10个以上来满足传统板级射频测试的需求；对于设计越来越复杂，性能越来越高，用户体验越来越好的无线产品，主板上的设计空间非常有限，而10个以上的射频测试座仅仅是为了满足无线产品上市前保证射频信号质量的测试需求，在上市后并没有改善无线产品板上射频信号的收发质量。反而要在无线产品设计阶段在有限的主板空间上预留10个以上板级射频测试座的安装空间，而且增加了无线产品的物料成本。所以需要开发出一种无需射频测试座的板级射频信号测试***，以方便测试射频信号，并且节约上游设计中关于射频测试座的成本。

发明内容

针对上述技术中存在的如：在板级射频信号测试中，还未有一种无需射频测试座的测试***。

具体为一种无需射频测试座的板级射频信号测试***，用于测试射频电路的射频信号；包括射频测试探针、调谐模块和测试仪表模块，所述射频测试探针一端与射频电路的天线弹片连接，另一端与所述调谐模块连接；所述调谐模块与所述测试仪表模块连接，所述调谐模块调节所述匹配阻抗；所述匹配阻抗与射频电路的阻抗匹配。

作为优选，所述调谐模块包括有可变电容电感单元，所述可变电容电感单元用于调节所述匹配阻抗的大小，所述可变电容电感单元一端与所述测试仪表模块连接，另一端与所述射频测试探针连接。

作为优选，所述调谐模块还包括回波损耗检测单元，所述回波损耗检测单元用于检测所述可变电容电感单元在调节所述匹配阻抗时的实时回波损耗；所述可变电容电感单元根据所述实时回波损耗以调节所述匹配阻抗。

作为优选，所述回波损耗检测单元在检测到所述实时回波损耗时，当所述实时回波损耗小于第一阈值时，所述可变电容电感单元停止调节所述匹配阻抗的大小，并标定当前的所述匹配阻抗为目标匹配阻抗，所述目标匹配阻抗与射频电路的阻抗匹配。

还公开有一种无需射频测试座的板级射频信号测试方法，基于前文所述的无需射频测试座的板级射频信号测试***实现，包括以下步骤：

S1、将所述射频测试探针的尾端连接线与所述调谐模块连接，所述调谐模块与所述测试仪表模块电性连接；

S2、将所述射频测试探针的首端探针与PCB板上射频电路的天线弹片电性连接；

S3、通过所述调谐模块调节所述匹配阻抗的大小，使所述匹配阻抗与射频电路的阻抗相匹配；

S4、当调节所述匹配阻抗与射频电路的阻抗完成匹配后，进行射频芯片的射频信号测试。

作为优选，在调节所述匹配阻抗的大小时，通过所述调谐模块中的可变电容电感单元进行所述匹配阻抗的大小调节；通过所述调谐模块中的回波损耗检测单元检测所述可变电容电感单元在调节所述匹配阻抗时的实时回波损耗。

作为优选，在通过所述可变电容电感单元确定所述匹配阻抗大小时，通过以下步骤对所述匹配阻抗是否合适进行判断：

S31、利用测试仪器发送第一电信号，所述第一电信号被射频电路的射频芯片接收，观测当前所述回波损耗检测单元检测到的回波损耗；并且得出当前信号通路的***损耗；当回波损耗小于第一阈值且***损耗均小于第二阈值时，则说明所述匹配阻抗与射频电路的阻抗相匹配；

S32、利用射频电路发射出第二电信号，所述第二电信号被所述测试仪表模块接收，所述测试仪表模块显示对应的实际接收到的电信号大小，标记为第三电信号，通过所述第二电信号和所述第三电信号得到这一信号通路下的***损耗；

S33、将S32步骤中的***损耗进行波动性验证，若波动性符合标准，停止调整所述匹配阻抗。

作为优选，在S2中，通过固定夹具将所述射频测试探针与天线弹片固定连接。

还公开一种无需射频测试座的板级射频信号测试装置，包括所述的一种无需射频测试座的板级射频信号测试***。

本发明的有益效果是：本发明所提出的一种无需射频测试座的板级射频信号测试***、方法及装置，用于测试射频电路的射频信号；包括射频测试探针、调谐模块和测试仪表模块，射频测试探针一端与射频电路的天线弹片连接，另一端与调谐模块连接；调谐模块与测试仪表模块连接，调谐模块根据回波损耗调节匹配阻抗；匹配阻抗与射频电路的阻抗匹配；直接利用射频测试探针与射频电路中的天线弹片电连接，然后通过调谐模块调节匹配阻抗的大小，并且通过回波损耗的大小来判断匹配阻抗的大小是否合适，直到匹配阻抗与射频电路中的阻抗大小相匹配，以达到可直接通过天线弹片进行射频信号测试的目的；并且在板级射频信号测试方法中；利用射频芯片进行信号的发送和接收两种状态下的回波损耗和***损耗来判断匹配阻抗是否合适，测试严谨、结构巧妙；能够快速的进行射频信号测试，又能省去射频电路中射频信号测试座的设计和成本。

附图说明

图1为现有技术中射频信号的板级检测示意图；

图2为现有技术中利用射频测试座检测射频信号的***框图；

图3为本发明的***结构图；

图4为本发明的方法流程图；

图5为本发明的匹配阻抗确认方法流程图；

图6为本发明的验证例1为未调谐时的S参数曲线图；

图7为本发明的验证例1为调谐后的S参数曲线图；

图8为本发明的验证例2为未调谐时的S参数曲线图；

图9为本发明的验证例2为调谐后的S参数曲线图；

图10为本发明的具体实施例的电路框架图。

附图标记说明

1、射频测试探针；2、调谐模块；21、可变电容电感单元；22、回波损耗检测单元；3、测试仪表模块；4、射频电路；41、天线弹片；A、S11曲线；B、S21曲线。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

射频测试座的功能是在无线产品做板级射频性能测试时，通过将射频探针和射频测试座的机械扣合构成电性连接；那么在无线产品主板上射频芯片发送或接收的射频信号时，信号将会通过射频测试座和射频探针传递至测试仪表中进行射频信号的测试；测试完成以后，将探针拔出；射频芯片的收发信号通路则变成从射频芯片经由射频测试座到达天线弹片，由天线弹片发送射频信号达到无线通讯的目的；请参阅图2，所以，射频测试座的功能仅仅是为了测试射频电路中射频信号质量的测试需求，并没有对改善射频信号质量本身作出贡献；但是随着5G时代的来临，主板设计越来越复杂，性能要求越来越高，用户需要体验越来越好的无线产品，主板上的设计空间本就非常有限，而射频测试座这一鸡肋设计也成了掣肘；同时增加了无线产品的物料成本。并且，由于射频电路的设计由来已久，在生产和设计射频测试座都形成了固定的产业链，久而久之，在射频信号的测试领域，技术人员普遍是直接认同了射频测试座必须存在的客观事实，或者说技术人员无法找到一种更为优选的替代方案；为了改善现在的射频电路的设计现状，节省射频测试座的设计空间和生产成本，同时保证射频信号的测试简便，发明人设计出一种无需射频测试座的板级射频信号测试***。在此之前，先行介绍本领域中常用到的技术概念名词：

回波损耗（S11），又称为反射损耗。是射频电路中由于阻抗不匹配，或者不连续所产生的反射，可以用反射信号和入射信号的比来进行其数值表示。不匹配主要发生在连接器的地方，也可能发生于射频电路中特性阻抗发生变化的地方。在采用了射频测试座的射频电路中，由于射频电路的阻抗一般为行业内通用的50Ω阻抗大小，将射频测试座的阻抗大小设置为射频电路的阻抗大小，并且探针与射频测试座适配，那么就可以保证回波损耗会在一个标准内进行射频测试；但是在省去射频测试座后，在射频电路中天线弹片之前不同状态的天线匹配会改变射频电路通用的50Ω阻抗大小，需要解决不同阻抗的射频电路设计中如何匹配的问题。

***损耗（S21），***损耗指在传输***的某处由于元件或器件的***而发生的负载功率的损耗，它表示为该元件或器件***前负载上所接收到的功率与***后同一负载上所接收到的功率以分贝为单位的比值。

具体为一种无需射频测试座的板级射频信号测试***，请参阅图3-图4；用于测试射频电路的射频信号；包括射频测试探针1、调谐模块2和测试仪表模块3，射频测试探针1一端与射频电路4的天线弹片41连接，另一端与调谐模块2连接；调谐模块2与测试仪表模块3连接，调谐模块2根据回波损耗S11调节匹配阻抗；匹配阻抗与射频电路的阻抗匹配；原先利用射频测试座进行射频信号测试时，由于探针与射频测试座进行电连接，所以射频芯片发出的电信号会从射频测试座流向测试仪表，而不会再传递至天线弹片，这是因为现在的射频测试座设计有机械开关结构，当插针***后会断开天线弹片与射频测试座的连接；而当插针拔出后，天线弹片重新接收到射频芯片发出的信号；而在本发明中，射频芯片的信号直接从天线弹片发出，经由射频测试探针1和调谐模块2最后被测试仪表模块3接收，而调谐模块就是为了调整其阻抗大小，使得匹配阻抗的大小与整段射频电路的阻抗相匹配，从而能够保证射频信号传送到测试仪表模块时衰减小，数据真实性高，得到的测试数据真实可靠。并且在调谐电路对标准射频板（金板）进行调谐匹配以后，能够记录下相对应的调谐数据，之后对同类型的待测件可以直接使用。

值得说明的是，天线弹片是射频电路中射频传导电路和射频辐射装置之间的连接装置，其结构不一定相同，且叫法也不一定统一；如本领域的普通技术人员会将其称呼为天线弹片、天线连接器等；所以不应当仅局限在本发明中的名称，应当包括的是术语在本实用新型中的具体含义。

在本实施例中，调谐模块2包括有可变电容电感单元21，可变电容电感单元21用于调节匹配阻抗的大小，可变电容电感单元21一端与测试仪表模块3连接，另一端与射频测试探针1连接；通过可变电容电感单元调节匹配阻抗的大小，以使得射频测试探针1与天线弹片41的连接不会使射频信号有大的影响，且可变电容电感单元是由可变电容和/或可变电感组成的，其集成在一块电路板上，从而实现匹配阻抗的大小调节。

在一个具体实施例中，请参阅图10，可变电容电感单元由附图10的电路构成，通过控制***的5根控制引脚分别连接了可变电容电感单元中的电感或者是电容，天线弹片连接可变电容电感电路，可变电容电感电路的另一端与测试仪表连接，回波损耗检测电路连接在可变电容电感电路和测试仪器之间。在实际应用中，先由测试仪表发出信号，然后由射频芯片进行接收，这种信号方向可以记为正向通路；此时得到***损耗；同时在双向耦合器处产生回波损耗的监测，得到回波损耗，当回波损耗在一个可接受范围内且***损耗也小时，说明调谐阻抗匹配度高；然后由射频芯片发射信号，测试仪表进行信号接收，此时记为反向通路，得到此时的信号方向下的***损耗，因为一般情况下，电路对称性良好，那么只测一个方向上的***损耗和回波损耗就可以确定匹配阻抗是否恰当；但是为了防止有极少数的对称性不良好电路；就通过反向通路来得到此时的***损耗，然后小幅度调节可变电容电感电路中的阻抗值，观察反向通路下的***损耗波动性是否良好，如果波动不大则说明匹配阻抗恰当。

与此同时，在本实施例中，调谐模块2还包括回波损耗检测单元22，回波损耗检测单元22用于检测可变电容电感单元21在调节匹配阻抗时的实时回波损耗；回波损耗的大小能够在一定程度上对应匹配阻抗是否满足要求，因为回波损耗是反射波和入射波之比，所以当回波损耗能够标定匹配阻抗是否满足要求；在一个具体实施例中，回波损耗检测单元在检测到实时回波损耗时，当实时回波损耗小于第一阈值时，可变电容电感单元停止调节匹配阻抗的大小，并标定当前的匹配阻抗为目标匹配阻抗，目标匹配阻抗与射频电路的阻抗匹配。比如在测试600MHz-2328MHz这个频段的射频信号时，第一阈值标定在-9.8dB，所以在测试时S11＜-9.8dB则说明匹配阻抗与射频电路的阻抗较为匹配；同时还可以通过仪表测试模块进行***损耗的测定，当***损耗也符合条件时，则可以表明此时调节的匹配阻抗的大小较为合适，可以直接对该射频芯片的射频信号进行测试。

还公开有一种无需射频测试座的板级射频信号测试方法，基于前文的无需射频测试座的板级射频信号测试***实现，包括以下步骤：

S1、将射频测试探针的尾端连接线与调谐模块连接，调谐模块与测试仪表模块电性连接；

S2、将射频测试探针的首端探针与PCB板上射频电路的天线弹片电性连接；

S3、通过调谐模块调节匹配阻抗的大小，使所述匹配阻抗与射频电路的阻抗相匹配；

S4、当调节匹配阻抗与射频电路的阻抗完成匹配后，进行射频芯片的射频信号测试。

在本实施例中，在调节匹配阻抗的大小时，通过调谐模块中的可变电容电感单元进行匹配阻抗的大小调节；通过调谐模块中的回波损耗检测单元检测可变电容电感单元在调节匹配阻抗时的实时回波损耗。

在本实施例中，在通过可变电容电感单元确定匹配阻抗大小时，通过以下步骤对匹配阻抗是否合适进行判断：

S31、利用测试仪器发送第一电信号，所述第一电信号被射频电路的射频芯片接收，观测当前所述回波损耗检测单元检测到的回波损耗；并且得出当前信号通路的***损耗；当回波损耗小于第一阈值且***损耗均小于第二阈值时，则说明所述匹配阻抗与射频电路的阻抗相匹配；

S32、利用射频电路发射出第二电信号，所述第二电信号被所述测试仪表模块接收，所述测试仪表模块显示对应的实际接收到的电信号大小，标记为第三电信号，通过所述第二电信号和所述第三电信号得到这一信号通路下的***损耗；

S33、将S32步骤中的***损耗进行波动性验证，若波动性符合标准，停止调整所述匹配阻抗。

也就是说，在确认可变电容电感单元调节的匹配阻抗是否合适时，是通过回波损耗和/或***损耗进行判断的，因为在电路对称性良好的情况下，回波损耗可以在一定程度上直接体现阻抗是否匹配合适；在本申请的这个过程中，射频芯片收发信号两个过程对应的回波损耗都可以结合起来作为判断标准；在射频芯片发出信号时，由于发出的第一信号大小是可知的，在测试仪表模块上被接收到的第二信号大小也是可知的，那么通过第二信号和第一信号就可以得到***损耗；同时，通过回波损耗检测单元实时测试在当前匹配阻抗大小下的回波损耗，并且是在射频芯片发送及接收两个过程中，回波损耗和***损耗都满足对应阈值时，便可以确定可变电容电感单元调节的匹配阻抗是目标匹配阻抗，也就是和射频电路的阻抗大小相匹配，从而可以进行射频芯片的射频信号质量测试。

因为本发明中的***和方法，通过可变电容电感单元进行匹配阻抗的调节，并加以回波损耗和***损耗的约束，达到适配不同型号的射频电路及芯片规格的效果，也就是可以测试不同型号和规格的射频电路，所以在射频测试探针能够和不同规格不同结构的天线弹片稳定连接，通过固定夹具将射频测试探针与天线弹片固定连接。

还公开一种无需射频测试座的板级射频信号测试装置，包括的一种无需射频测试座的板级射频信号测试***。

验证例

直接通过射频测试设备接入天线弹片，对4.2GHz射频芯片进行频段2.8GHz-5.2GHz的电磁软件仿真测试，得到的S11曲线和S21曲线如图6的所示，然后通过本发明中的***，并应用本发明方法通过调谐模块进行匹配阻抗调整后，进行电磁软件仿真，得到的S11曲线和S21曲线如图7所示；

直接通过射频测试设备接入天线弹片，对2GHz射频芯片进行频段0.8GHz-3.2GHz的电磁软件仿真测试，得到的S11曲线和S21曲线如图8的所示，然后通过本发明中的***，并应用本发明方法通过调谐模块进行匹配阻抗调整后，进行电磁软件仿真，得到的S11曲线和S21曲线如图9所示；可见在通过调谐模块进行阻抗匹配后，能够保证在对应射频芯片的频段有符合条件的回波损耗和***损耗；可见在采用本发明可以对不同型号的射频芯片和射频电路进行调谐后的准确测量，且测试数据也是真实可靠的。

本发明的优势在于：

1）利用本发明可以直接省去射频测试座，直接将射频测试探针电连接天线弹片，通过调谐模块进行阻抗匹配，能够进行射频信号测试；

2）可以直接适配不同规格、不同型号的射频芯片和电路，利用射频芯片进行信号的发送和接收两种状态下的回波损耗和***损耗来判断匹配阻抗是否合适，测试严谨、结构巧妙。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种无需射频测试座的板级射频信号测试***，用于测试射频电路的射频信号；其特征在于，包括射频测试探针、调谐模块和测试仪表模块，所述射频测试探针一端与射频电路的天线弹片连接，另一端与所述调谐模块连接；所述调谐模块与所述测试仪表模块连接，所述调谐模块调节匹配阻抗的大小；所述匹配阻抗与射频电路的阻抗匹配；所述调谐模块包括有可变电容电感单元，所述可变电容电感单元用于调节所述匹配阻抗的大小，所述可变电容电感单元一端与所述测试仪表模块连接，另一端与所述射频测试探针连接；所述调谐模块还包括回波损耗检测单元，所述回波损耗检测单元用于检测所述可变电容电感单元在调节所述匹配阻抗时的实时回波损耗；所述可变电容电感单元根据所述实时回波损耗以调节所述匹配阻抗。

2.根据权利要求1所述的无需射频测试座的板级射频信号测试***，其特征在于，所述回波损耗检测单元在检测到所述实时回波损耗时，当所述实时回波损耗小于第一阈值时，所述可变电容电感单元停止调节所述匹配阻抗的大小，并标定当前的所述匹配阻抗为目标匹配阻抗，所述目标匹配阻抗与射频电路的阻抗匹配。

3.一种无需射频测试座的板级射频信号测试方法，其特征在于，基于权利要求1-2任一项所述的无需射频测试座的板级射频信号测试***实现，包括以下步骤：

S1、将所述射频测试探针的尾端连接线与所述调谐模块连接，所述调谐模块与所述测试仪表模块电性连接；

S2、将所述射频测试探针的首端探针与PCB板上射频电路的天线弹片电性连接；

S3、通过所述调谐模块调节所述匹配阻抗的大小，使所述匹配阻抗与射频电路的阻抗相匹配；

S4、当调节所述匹配阻抗与射频电路的阻抗完成匹配后，进行射频芯片的射频信号测试；

在调节所述匹配阻抗的大小时，通过所述调谐模块中的可变电容电感单元进行所述匹配阻抗的大小调节；通过所述调谐模块中的回波损耗检测单元检测所述可变电容电感单元在调节所述匹配阻抗时的实时回波损耗；

在通过所述可变电容电感单元确定所述匹配阻抗大小时，通过以下步骤对所述匹配阻抗是否合适进行判断：

S31、利用测试仪器发送第一电信号，所述第一电信号被射频电路的射频芯片接收，观测当前所述回波损耗检测单元检测到的回波损耗；并且得出当前信号通路的***损耗；当回波损耗小于第一阈值且***损耗均小于第二阈值时，则说明所述匹配阻抗与射频电路的阻抗相匹配；

S32、利用射频电路发射出第二电信号，所述第二电信号被所述测试仪表模块接收，所述测试仪表模块显示对应的实际接收到的电信号大小，标记为第三电信号，通过所述第二电信号和所述第三电信号得到这一信号通路下的***损耗；

S33、将S32步骤中的***损耗进行波动性验证，若波动性符合标准，停止调整所述匹配阻抗。

4.根据权利要求3所述的无需射频测试座的板级射频信号测试方法，其特征在于，在S2中，通过固定夹具将所述射频测试探针与天线弹片固定连接。

5.一种无需射频测试座的板级射频信号测试装置，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述的一种无需射频测试座的板级射频信号测试***。

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