[0001] 本说明书描述了可被包括在测试系统的测试仪器中的前端模块的示例。

[0002] 测试系统被配置为测试被称为待测设备(DUT)的电子设备的操作。测试系统可包括用于将包括数字和模拟信号的信号发送到DUT以进行测试的测试仪器。

[0025] 示例性前端模块包括面向DUT(待测设备)的电路，该电路被配置为通过测试通道(“通道”)进行通信，该测试通道可包括前端模块与DUT之间的传输线。传输线可包括或可不包括电导体。例如，同轴电缆是传输线，该传输线也是导体(TEM)，但波导是可不具有从其输入到其输出的导电金属片的传输线(TE11)。前端模块通常包括分别用于向DUT发送信号和从DUT接收信号的单独的发送和接收电路。

[0026] 本文所述的是前端模块及其变体的示例，其连接到位于DUT与前端模块之间的通道或者包括该通道的一部分。DUT与前端模块之间的通信(包括信号)通过通道交换。通道可以是双向的，因为信号可以在相同的通道上被发送(或“发起”)和接收。为了支持在相同通道上的双向信号交换，前端模块包括用于在双向通道上发送和接收信号的相同电路或电路组。通道的至少一部分包括位于DUT与前端模块之间的传输线。该通道被配置用于对具有振幅的信号(“振荡信号”)进行双向传输，包括但不限于射频(RF)信号。前端模块还包括同相(I)正交(Q)(IQ)电路，其被配置为调制振荡测试信号(“测试信号”)以通过传输线传输到DUT，并且解调通过传输线从DUT接收的振荡响应信号(“响应信号”)。在该示例中，IQ电路包括能够双向地发送和接收信号的上述“相同电路”。

[0027] 在前端模块的一些具体实施中，存在进入传输线的至少四个(例如，四个或更多个)分接头以基于振荡信号的振幅获得直流(DC)电压值。示例性分接头包括但不限于电阻器和第二传输线，该电阻器接触电阻器的一侧上的传输线并且接触电阻器的另一侧上的二极管，该第二传输线耦合到主传输线和二极管。通道的散射(s)参数基于通过分接头获得的DC电压值。示例性s参数描述DUT的电气行为。包括分接头在内，在前端模块上存在至少六个(例如，六个或更多个)端口。六个或更多个端口包括指向信号电路的输入/输出(I/O)端口、指向DUT的DUT端口和用于至少四个分接头的至少四个端口。I/O端口可指向信号电路，因为I/O端口沿包含被配置为发送或接收振荡信号或数据的电路的电通路。在DUT端口可指向DUT，因为DUT端口沿与DUT交换通信的电通路。

[0028] 可使用本文所述的前端模块发送和接收的振荡信号的示例包括振荡交流电流和/或电压信号。示例性振荡信号包括但不限于在RF范围、厘米(cm)波频率范围和/或毫米(mm)波频率范围内的信号。在示例性定义中，RF信号具有约20千赫(kHz)至约3千兆赫(GHz)的频率范围。在示例性定义中，厘米波信号具有约3GHz至约30GHz的频率范围。在示例性定义中，毫米波信号具有约30GHz至约300GHz的频率范围。在示例性定义中，毫米波信号具有约110GHz至约300GHz的频率范围。在一些具体实施中，振荡信号的频率范围介于RF频率范围与毫米波频率范围之间，包括端值在内。RF、毫米波和厘米波的定义可随时间和在不同的管辖区中改变。因此，本文中标记为RF、毫米波或厘米波的信号不限于前述数值频率范围。可使用本文所述的示例性前端模块来发送和接收的信号的其它示例包括但不限于具有至少
55GHz(即，55GHz及以上)的频率的信号。

[0029] 在一些具体实施中，本文所述的前端模块可以是测试仪器，诸如RF测试仪器，其是测试系统的一部分，或者前端模块可被包括在同样执行其它功能的测试仪器中。

[0030] 图1示出了可被包括在本文所述类型的示例性前端模块10中的部件。示例性前端模块10包括IQ电路12，该IQ电路被配置为调制来自自动测试设备14的测试信号以便通过通道16传输到DUT，并且还解调通过相同通道从DUT接收的响应信号。IQ电路12包括双向电路，其示例在图2中以及在图3的特写中示出。IQ电路12中的双向电路被配置为将同一物理传输线(诸如实现通道的传输线)上的信号分成两个路径，包括正向(或发射)路径和反向(或接收)路径。在一些具体实施中，通道16与DUT(未示出)之间的连接不带开关，因为在不使用或控制将线路专用于一个方向传输的开关电路的情况下信号可被来回传输。在一些具体实施中，不带开关的连接允许经由传输线在DUT与IQ电路12之间的直接或基本上直接的连接。

[0031] 在该示例中，IQ电路12被配置为利用从ATE 14接收的信息信号(在该示例中为基带I和Q信号)或者基于从ATE 14接收的信号来调制高频载波信号(本地振荡器)。该信息信号可表示或基于用于测试DUT的测试信号。IQ电路12还被配置为将响应信号解调为高频载波信号和信息信号。该信息信号可包括从DUT提供的基于使用测试信号执行的测试的测试结果。

[0032] 参照图2和图3，通过适当操纵驱动分别连接到I端口24和Q端口25的I数模转换器(DAC)20a和Q DAC 20b的数据，可结合适当软件使用IQ电路12来实现不同的调制格式。可由IQ电路12支持的调制格式的示例包括但不限于AM(振幅调制)、FM(频率调制)、PSK(相移键控)、64‑QAM(正交振幅调制)以及诸如用于无线连接的IEEE(电气和电子工程师协会)802.11ac、802.11ax和802.11ay以及用于移动电话的3GPP(第三代合作伙伴计划)标准的通信协议。用作后续级的IF(中频)的雷达信号和单边带信号也可使用IQ电路12来生成。

[0033] IQ电路12包括混频器电路26a、26b(一个或多个“混频器”)。在一个示例中，混频器电路26a、26b被配置为将同一物理传输线上的信号分成两个路径，包括先前所描述的正向路径和反向路径。混频器电路26a、26b包括双向电路，诸如双平衡混频器。在一些具体实施中，该双向电路包括两个(或多个)单向混频器，其每一者被配置为在不同方向上操作。例如，一个单向混频器可被配置为在正向路径中操作，并且一个单向混频器可被配置为在反向路径中操作。

[0034] 在示例性具体实施中，IQ电路12包括调制器模块27a、27b，其可包括先前描述的类型的混频器26a、26b以及用于生成本地振荡器信号的相关联的本地振荡器电路28。描述了模块27a。模块27b包括标记为“b”而不是“a”的对应电路。

[0035] 在模块27a中，DAC 19a被配置为驱动由电感器和电容器组成的偏置T电路29a(或其它类型的AC信号阻断电路)，以在需要时向IQ调制器混频器26a添加用于校准的偏移(下文所述的校准值)。DAC 19a可使用例如存储在标记为“CAL”的非易失性存储器32中的一个或多个校准值来配置。通过生成信号、测量信号以及调整DAC以获得理想混频器性能(其可包括本地振荡器抑制)来加载存储器32。所得到的值然后被存储在存储器32中并且可在将来的时间被重用。如果需要直流(DC)耦合到接口(IF)端口34，则可用电阻器或其它组合电路29b(图2)来代替偏置T电路29a中的电感器和电容器，该组合电路可包括但不限于运算放大器。

[0036] DAC 20a、20b被配置为在发起信号时分别驱动I端口24和Q端口25。在此配置中，开关38a和38b被控制为将混频器26a、26b连接到调制器模块，并且每个DAC 20a、20b从源存储器(SMEM)40a、40b接收数据。任意波形发生器41a、41b可被配置为生成用于数据的调制信号。

[0037] 如果需要的话，还可使用来自上述存储器32的校准数据来校准DAC 20A和20b，以校正I(f)的增益、Q(f)的增益、I(f)的相位和/或Q(f)的相位，以改善IQ电路12的操作。这可通过修改样本或数字信号处理或可编程模拟元件诸如35a、36a来完成。这同样适用于47a和47b，只是方向相反。通常，将在整个信号调制带宽上应用该校正。

[0038] 在一些具体实施中，模块27a中的可编程增益块35a和相位块36a(以及它们在模块27b中的对应物)由所存储的校准值来驱动，这些校准值是在校准设置操作期间创建的以针对理想IQ调制器性能进行调整。例如，可执行校准以解决55GHz频带以上的信号劣化。例如，校准值可校准IQ电路的线性度和/或校准从分接头获得的电压值。可执行校准设置，以便减少或最小化本地振荡器信号泄漏、平衡边带和残余边带。在一些具体实施中，所存储的校准值由计算设备在前端模块的制造期间生成，该计算设备可包括一个或多个处理设备或本文所述的其它计算设备

[0039] 类似于调制器模块，解调器模块具有相应的构造。描述了模块45a。模块45b包括标记为“b”而不是“a”的对应电路。就这一点而言，模数(ADC)转换器47a、47b被配置为当开关38a、38将混频器26a、26b连接到解调器模块时对来自端口34的信号进行数字化。然后，来自解调器模块的数字信号可被发送到数字信号处理器(DSP)或位于信号接收器内部或外部的其它适当的处理设备或电路，以执行解调并获得各种信号质量测量，诸如误差矢量幅度(EVM)和相邻通道泄漏比(ACLR)。解调器模块的其余部件类似于本文关于调制器模块27a、
27b所描述的部件。

[0040] 合成块50包括被配置为生成用于驱动混频器26a、26b的本地振荡器信号的一个或多个合成器。在图1的示例中，这由20GHz以下的合成器输入50a最佳地表示。本地振荡器信号振幅可为可调整的，以便优化混频器26a、26b的驱动电平以在频率改变时改进线性度。可为ATE的一部分或者可使用单独的控制器实现的控制器可被配置为例如被编程为补偿倍增器平整度、路径损耗和可能出现的其它缺陷。控制器还可被配置为控制开关38a、38b的操作。

[0041] 参照图1和图4，I/O端口55指向信号电路，该信号电路可以是ATE 14的一部分。在该示例中，信号电路包括信号源，该信号源可提供待由IQ电路12调制的振荡测试信号(或其数字数据)。I/O端口55被配置为接收测试信号的调制版本。该信号电路还包括信号接收器。I/O端口55被配置为从DUT接收响应信号并且向信号接收器电路输出响应信号，该信号接收器电路可以是ATE 14的一部分。在一些具体实施中，IQ电路连同其ADC(模数转换器)和信号处理器诸如FPGA(现场可编程门阵列)、CPU(中央处理单元)或DSP(数字信号处理器)组成信号接收器。在一些具体实施中，可在IQ电路本地在FPGA或CPU中处理样本，或可在远离IQ电路的ATE计算机或ATE DSP上处理样本。在一些具体实施中，信号源和信号接收器可以是单个设备。在一些具体实施中，信号源和信号接收器可以是多个设备。

[0042] 图1和图4示出了通道16上的端口56的示例。如上所述，在一些具体实施中，存在进入通道16的传输线的至少四个分接头，该至少四个分接头用于获得表示振荡信号的振幅的直流(DC)电压值。在图1的示例中，存在进入通道16中所包括的物理传输线的六个分接头62、63、64、65、66和67，其被配置为基于振荡信号获得DC电压值。还存在一个I/O端口55和指向DUT的DUT端口68。因此，该示例包括总共八个端口‑六个分接头加上I/O端口和DUT端口。
一些具体实施可包括多于六个分接头，并且因此总共多于八个端口。图4的示例示出了可存在任何数量(n+1)个端口70。

[0043] 分接头可经由分接头中的电容和传输线中的电感松散地电耦合到传输线。例如，参考图4，感抗(XL)72对应于传输线的电感，并且容抗(XC)74对应于耦合分接头的电容。在一些示例中，包括分接头的所耦合的电路被称为蝶形电路，其可包括两个径向短截线。蝶形电路和邻接的迹线形成电感‑电容‑电感(LCL)滤波器。当信号沿传输线传播时，分接头可用于经由分接头中的相应二极管测量信号的不同点处的标量功率或电压(图1的V2、V3、V4、V5、V6、V7)。即，在沿传输线的不同点处，信号将具有不同的振幅(因为它正在振荡)，这对应于沿传输线的那些点处的功率或电压值。然后可使用这些标量值来计算与信号对应的期望振幅和相位向量。从这些矢量可确定s参数。在图1中，V1是来自源的信号，并且V8是到DUT的输出信号。这些信号可以是相同的信号，也可以是不同的信号，会产生劣化。

[0044] 分接头62至67中的一者或多者(例如，全部)可包括与通道的传输线串联连接的二极管诸如二极管75(图4)和电容‑电感滤波器76(参见例如图4的V3)，以获得与传输线上的振荡信号的振幅对应的DC电压值。连接到传输线的二极管的存在可能影响其与信号传输有关的特性。因此，传输线尺寸的尺寸诸如长度和横截面积可改变，以补偿包括导体的传输线的由二极管引起的电容的增加。例如，传输线可被配置为增加其电感。在一些具体实施中，可改变传输线的组成以补偿传输线的由二极管引起的变化。

[0045] 先前描述的二极管可以是采样二极管。采样二极管可被配置为例如偏置以检测(即，采样)传输线上的信号的部分，如先前所描述。前端模块10还可包括物理上位于采样二极管附近的用于测量采样二极管的温度的一个或多个测量二极管80(图1和图4)。温度二极管可用于校正任何系统温度变化或二极管电压随温度的误差。图2示出了被配置为将采样二极管连接到传输线的示例性转换器31。

[0046] 如前所述，可基于经由分接头获得的DC电压值来确定通道的s参数。例如，ATE(其示例在下面描述)可包括一个或多个处理设备以使用DC电压值来生成s参数。

[0047] 图5示出了包括本文所述的前端模块10的示例性部件80。除了前端模块10之外，部件80还包括三工器(TRI)81、微控制器82和非易失性随机存取存储器(NVRAM)83。存储器83存储用于计算误差校正的校准值，包括以下中的至少一者：校准来自至少四个分接头的电压值、校正温度或校准s参数测量。前端模块10如本文所述的那样操作。微控制器82被配置为例如被编程为控制本文所述的IQ电路中的开关并且读取若干二极管电压。微控制器还被配置为提取控制信号和数据并将该控制信号和数据插入到三工器中。NVRAM 83存储校准值，微控制器使用这些校准值来存储校准读数以及校正测量。三工器81被配置为从信号源接收信号诸如RF信号85，以去除其DC分量86，并将所得到的RF信号87引导至前端模块10，如图所示，从而在单个同轴连接上实现完整远程功能(例如，如在远程FM中继器中所完成的)。就这一点而言，三工器81被配置为分离和组合数字控制和数据信号、振荡测试信号和DC功率。功率管理集成电路(PMIC)88被配置为从三工器81接收DC信号、对部件供电并且管理各种电路的功率操作。PMIC 88还被配置为从分接头中的二极管接收功率或电压值，执行ADC，并且将那些数字值提供给微控制器，如图4中所示(一些微控制器可使用内置ADC来执行此功能，但通常不存在足够的通道)。部件80在通往DUT的路径上输出信号89。返回信号也通过部件80，具体地通过如本文所述的前端模块10。

[0048] 图6示出示例性ATE 14的部件，其可包括设备接口板(DIB)或探针接口板(PIB)138(也称为承载板)，其可包括通往本文所述的DUT的通道的至少一部分。ATE 14可以是测试系统的一部分。在图6中，虚线在概念上表示测试系统的部件之间的潜在信号路径。

[0049] ATE 14包括测试头135和控制系统136。该控制系统可包括计算系统，该计算系统由一个或多个微处理器或如本文所述的其它适当的处理设备组成。

[0050] DIB 138是印刷电路板(PCB)或包括该PCB，该PCB连接到测试头135并且包括与由ATE正在测试的或者待由ATE进行测试的一个或多个DUT连接的机械接口和电气接口。DIB包括位点141，这些位点可包括引脚、球栅阵列(BGA)、导电迹线或可与DUT连接的其它电连接点和机械连接点。测试信号、响应信号、电压信号和其它信号穿过位于DUT与测试仪器之间的位点上的测试通道。DIB 138还包括连接器、导电迹线和用于在测试仪器、连接到位点141的DUT和其它电路之间路由信号的电路等等。在此示例中，DIB 138包括用于连接到信号传输线或同轴电缆的一个或多个连接器，以用于在一个或多个测试仪器与一个或多个DUT之间传输信号。DIB 138还包括一个或多个传输线，其具有诸如本文所述的结构，以向DUT传输信号和从DUT传输信号。

[0051] 控制系统136与测试头的部件通信以控制测试。例如，控制系统136可将测试程序集下载到测试头中的测试仪器140A至140N。测试仪器包括可包括一个或多个处理设备和其它电路的硬件设备。测试仪器140A至140N可运行该测试程序集，以测试与测试仪器通信的DUT。控制系统136还可向该测试头中的测试仪器发送指令、测试数据和/或可由测试仪器用来在通过接口连接至DIB的DUT上执行适当测试的其它信息。在一些具体实施中，该信息可经由计算机或其他类型的网络或经由直接电路径发送。在一些具体实施中，该信息可经由局域网(LAN)或广域网(WAN)发送。

[0052] 测试程序生成测试流以提供给DUT。例如，测试流被写入以输出信号，以引出来自DUT的响应。测试流可被写入以向一个或多个DUT输出信号，包括RF信号、微波信号和/或毫米波信号，以从DUT接收对这些信号的响应，并分析该响应以确定设备通过了测试还是未通过测试。

[0053] 在图6的示例中，ATE 14包括多个测试仪器140A至140N，每个测试仪器可被适当地配置为执行一个或多个测试和/或其它功能。尽管仅描绘了四个测试仪器，但是系统可包括任何适当数量的测试仪器，包括存在于测试头135外部的测试仪器。在一些具体实施中，一个或多个测试仪器可被配置为输出RF信号、厘米波信号或毫米波信号以基于例如由控制系统提供的数据来测试DUT，并且从DUT接收响应信号。测试仪器，诸如这些测试仪器，可包括一个或多个前端模块或如本文所述的其变体。此类测试仪器还可包括上述信号源、信号接收器和控制器或处理设备。在一些具体实施中，该功能由与测试仪器分离的计算系统执行。在一些具体实施中，本文所述类型的前端模块可被包括在DIB上而非测试仪器上。

[0054] 在一些示例中，ATE 14包括将测试仪器测试通道147连接至DIB 138的连接接口141。连接接口144可包括连接器146或用于在测试仪器与DIB 138之间路由信号的其它设备。例如，连接接口可包括其上安装有此类连接器的一个或多个电路板或其他基板。包括在该测试通道中的导体可被引导穿过连接接口和该DIB。

[0055] 在一些具体实施中，本文所述的前端模块及其变体可相对于其常规对应物减少信号损耗。在一些示例中，可通过消除VNA(可变噪声放大器)所需的常用信号路径电路而将信号损耗减小20分贝(dB)。在一些具体实施中，本文中所述的前端模块及其变体使用被配置用于RF、厘米波和毫米波应用的简化电路来实施传统ATE通道功能。此架构可简化ATE通道的信号路径，这可减少到DUT的总信号损耗。在一些示例中，这些特征在其中电缆和PCB(印刷电路板)电介质引入较大信号损耗(例如，10+dB相对于8GHz以下的约3dB)的厘米波和毫米波应用中可以是特别有利的，这降低了可递送到DUT的最大输出功率，降低了s参数测量，并且降低了系统SNR。

[0056] 当被配置为使用单个双向转换路径时，与更传统的ATE通道相比，该架构还可降低成本，后者涉及在多个路径和单独的源和测量转换之间进行切换。向量s参数可在此架构中使用标量电路(称为“6端口”)来确定，这在用于ATE上下文时可减少成本、信号损耗、切换和信号路由。可将降低的电路复杂度集成到SiP(系统级封装)或MCM(多芯片模块)设备中。减小的尺寸使得能够更靠近DUT放置(例如，在DIB或探针接口板(PIB)或膜上)，以进一步减小仪器通道与DUT之间的损耗。这样，前端模块降低了通道成本并增加了计数，同时改善了可实现的性能，特别是在较高频率下。

[0057] 本说明书中所描述的测试系统和过程的全部或部分以及它们的各种修改可至少部分地由一个或多个计算机诸如控制系统136使用一个或多个计算机程序来配置或控制，该一个或多个计算机程序有形地体现在一个或多个信息载体中，诸如在一个或多个非暂态机器可读存储介质中。计算机程序可采用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且其可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、零件、子程序或适用于计算环境中的其他单元。计算机程序可被部署成在一台计算机上或者在一个站点处或分布在多个位点并且通过网络互连的多台计算机上执行。

[0058] 与配置或控制电压源、测试系统和本文描述的过程相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行，以控制先前描述的阱形成操作中的全部或一些。测试系统和过程的全部或部分可由专用逻辑电路(诸如FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路))来配置或控制。

[0059] 适用于计算机程序执行的处理器包括(举例来说)通用和专用微处理器两者，以及任何种类数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区或随机存取存储区或这二者接收指令和数据。计算机的元件包括用于执行指令的一个或多个处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储区设备。通常，计算机还将包括(或者操作地耦合以从其接收数据或向其传输数据或这二者)一个或多个机器可读存储介质，诸如用于存储数据的大容量存储设备，诸如磁盘、磁光盘或光盘。适于体现计算机程序指令和数据的非暂态机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区，包括(以举例的方式)半导体存储区设备，诸如EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)和快闪存储区设备；磁盘，诸如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD‑ROM(光盘只读存储器)和DVD‑ROM(数字通用光盘只读存储器)。

[0060] 如本文所用的任何“电连接”可包括直接的物理连接或有线或无线连接，该有线或无线连接包括或不包括中间部件但仍允许电信号在所连接的部件之间流动。除非另有说明，否则无论是否用字词“电”来修饰“连接”，涉及允许信号流动的电路的任何“连接”均为电连接，而不一定是直接的物理连接。

[0061] 所描述的不同具体实施的元件可组合在一起以形成未在前面具体阐明的其他具体实施。元件可从先前所描述的系统中省去，而通常不会不利影响其操作或系统的操作。此外，各单独元件可组合为一个或多个单个元件来执行本说明书所述的功能。

[0062] 未在本说明书中具体描述的其他具体实施同样在以下权利要求书的范围内。