通过开关矩阵和自动化测试软件提高测试效率

王浩然

前言

在采用网络分析仪测试多端口微波器件时，测试过程中需要更换测试电缆和DUT不同端口之间的连接。如用两端口矢量网络分析仪测量双工器，除了第一次连接以外，在测试过程中还需要变换两次连接，测试者要另外做出四次连接动作（两次接电缆，两次接测试负载），然后再对仪器进行手动操作测试。在大批量生产情况下，这种传统测试方法的测试效率较低，测试成本较高；尤其是高低温试验时，传统的测试方法无法满足需求。

本文讨论了一种自动化测试方法的实践——通过开关矩阵和自动化测试软件来快速、高效地完成双工器的大批量高低温试验。

问题的来源

本文所讨论的问题来自数百只双工器的高低温试验，要求被测双工器在-30°C和+60°C的试验箱里各放置60分钟，用矢量网络分析仪测试其S参数，出厂要求100%全检。

图1为双工器的电原理图，其中TX/RX/ANT分别为发射/接收/天线端。双工器的测试指标包括ANT至TX之间、ANT至RX的插入损耗，TX和RX之间的隔离，以及三个端口的驻波。

  

图1. 双工器电原理图

首先我们采用了传统方法进行高低温试验，表1显示了测试流程和花费时间。

表1. 传统的高低温试验方法及耗时

按照传统的工艺流程，每只双工器的高低温试验需要耗时约3小时40分钟，无论如何，这样一天只能完成3只双工器的高低温试验，如果是100只，需要花费33个工作日，这显然是不可接受的。



多端口微波器件的高效率测试解决方案

常温测试方法介绍

我们采用2×N的全开关矩阵来扩展矢量网络分析仪的测试端口，以适应多端口微波器件的测试。

图2显示了采用2×6开关矩阵进行双工器测试的系统连接图，其中网络分析仪通过开关矩阵后变成了“6端口”。采用开关矩阵后，测试参考面延伸至六条测试电缆的端口，开机后，首先对整个系统进行校准，自动化测试软件可以记录并保存每个通路的校准值，并在测试过程中调用；连接好被测件后，根据产品标准的要求设置好测试条件，然后点击“开始”键，软件会自动完成整个测试过程并生成测试报告。

通过自动化测试软件的指令，可以自动切换不同的测试通路，依次完成双工器1和双工器2的各项指标的测试，而不需要手动更换电缆和测试端口。

图2. 采用开关矩阵进行双工器的自动化测试

采用图2的自动化测试系统，完成校准、测试条件设置后，测试一只双工器只要花费几秒钟时间，常温条件下，一天可以完成200-300只双工器的测试，相比两端口网络分析仪直接测量法，测试效率至少提高了五倍。同时测试精度也是与采用矢量网络分析仪是一致的[1]。

表2. 自动化测试系统的高低温试验方法及耗时

按照自动化测试的工艺流程，八只双工器的高低温试验需要耗时约2小时51分钟，这样一天至少可以完成24只双工器的高低温试验，如果是100只，只需要花费4.2个工作日，这比传统的工艺流程测试效率提高了8倍。

图3. 采用开关矩阵进行双工器的自动化测试

图4.现场测试场景

按照上述实验方法，我们总共完成了500只双工器的高低温及常温的测试，花了不到20天时间。根据试验箱的容量以及开关矩阵的通路数，测试效率还可以进一步提高。


实测结果

常温测试结果


图5显示了采用图2的方法对一个双工器的常温测试结果。

图5a.ANT-TX通路损耗

图5b.ANT-RX通路损耗

图5c. 驻波

图5. 双工器的常温测试结果

低温测试结果

图6显示了采用图3的方法对一个双工器的低温测试结果。

图6a.ANT-TX通路损耗

图6b.ANT-RX通路损耗

图6c. 驻波

图6. 双工器的低温测试结果

高温测试结果

图7显示了采用图3的方法对一个双工器的高温测试结果。

图7a.ANT-TX通路损耗

图7b.ANT-RX通路损耗

图7c. 驻波

图7. 双工器的高温测试结果

作为自动化测试软件的另一个优点，所有测试数据都可以被永久保存和溯源，这为各类微波器件在通信系统中的应用提供了可靠的技术保障。

结论

本文讨论了一个非常具有实用意义的测试方法，通过实际应用，我们可以得出以下结论：

1.采用开关矩阵可以大大提高矢量网络分析仪的测试效率。

2.本文所描述的测试方法适用于生产线的大批量测试，将会大大提高测试效率、降低测试成本。

3.本文所描述的测试方法十分适用于各类多端口微波器件的高低温试验。

4.采用开关矩阵的测试精度和直接测量法是一致的。

5.采用自动化测试软件，可以对被测件的数据进行永久保存，方便溯源。

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yiwei1983

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