RF-chips dienen als kerncomponent van satellietnavigatieontvangers, waarbij hun prestaties rechtstreeks van invloed zijn op de positioneringsnauwkeurigheid, gevoeligheid en anti-jamming mogelijkheden van navigatieterminals. Met de geïntegreerde ontwikkeling van multimodale navigatiesystemen zoals BeiDou, GPS, GLONASS en Galileo, is er een toenemende vraag naar betere prestaties en testefficiëntie van RF-chips. In dit artikel worden de architectuur, belangrijkste parameters en testmethoden van RF-chips voor satellietnavigatie systematisch geanalyseerd en wordt een efficiënte, zeer nauwkeurige testoplossing voorgesteld op basis van geautomatiseerde testapparatuur (ATE).

1. Architectuur en prestatieparameters van RF-chips voor satellietnavigatie

Een typische RF-chip voor satellietnavigatie maakt gebruik van een sterk geïntegreerde laag-tussenfrequente of nul-tussenfrequente architectuur, met modules zoals Low Noise Amplifiers (LNA), mixers, intermediaire frequentie (IF)-filters, Fase-Locked Loops (PLL), Voltage-Controlled Oscillators (VCO), Variable Gain Amplifiers (VGA) en Analog-to-Digital Converters (ADC). Het basiswerkproces is als volgt: zwakke satellietsignalen die door de antenne worden ontvangen, worden versterkt door de LNA, gemengd met het signaal van de lokale oscillator om te worden gedownconverteerd naar een middenfrequentie, en vervolgens gefilterd, aangepast aan de versterking en omgezet in digitale IF-signalen voor uitvoer naar de basisbandverwerkingseenheid.

De prestatieparameters van de RF-chip hebben een directe invloed op de algehele prestaties van het systeem, waaronder:

Ruisgetal (NF): Bepaalt de gevoeligheid van de ontvanger, vooral belangrijk in omgevingen met zwakke signalen.

Ingang 1 dB compressiepunt (P1dB): Geeft het lineaire dynamische bereik van de ontvangerketen weer.

Beeldafwijzingsverhouding (IMRR): Geeft het onderdrukkingsvermogen van het IF-filter voor beeldfrequenties aan.

Faseruis: Beïnvloedt de spectrale zuiverheid van het lokale oscillatorsignaal, bepaald door de PLL-prestaties.

In-band vlakheid en filterbandbreedte: Heeft betrekking op de uniformiteit van de signaaldoorlaatband en frequentieselectiviteit.

VSWR (VS Standing Wave Ratio) ingangsspanning: Geeft de impedantieaanpassing op de ingangspoort weer.

2. Beperkingen van traditionele testmethoden en de voordelen van ATE-testsystemen

Traditioneel testen van RF-chips is vaak gebaseerd op een “instrument stack” model, waarbij testplatforms worden gebouwd met discrete apparaten zoals spectrumanalyzers, signaalgeneratoren en netwerkanalyzers, met semi-geautomatiseerde besturing via GPIB of RS-232 bus. Hoewel deze aanpak flexibel is, heeft hij te lijden onder de complexiteit van het systeem, lage testefficiëntie en slechte consistentie, waardoor hij ongeschikt is voor productie op grote schaal.

ATE-gebaseerde testsystemen bieden daarentegen een hoge mate van integratie, uniforme controle en gestandaardiseerde testprocessen met de volgende voordelen:

Parallel testen met hoge efficiëntie: Ondersteunt synchrone metingen op meerdere stations, waardoor de doorvoer aanzienlijk verbetert.

Hoge precisie en herhaalbaarheid: Met gekalibreerde systemen vertonen de testresultaten een goede consistentie.

Flexibele configuratie en schaalbaarheid: Via busverbindingen zoals GPIB, VXI en PXI kan het systeem hoogwaardige RF-instrumenten integreren, waarbij precisie en functionele dekking in balans zijn.

Aanpassingsvermogen aan de omgeving: Apparaten voor temperatuurregeling kunnen worden geïntegreerd om de RF-prestaties te controleren in omgevingen met zowel hoge als lage temperaturen.

3. Architectuur van ATE-testsysteem en belangrijkste technologie-implementatie

Het ATE-gebaseerde RF-chiptestsysteem bestaat meestal uit de volgende componenten:

ATE Mainframe: Biedt basisfuncties zoals digitale besturing, energiebeheer en gegevensverwerving.

RF-signaalgeneratoren en -analysatoren: Wordt gebruikt om excitatiesignalen te genereren en het uitgangsspectrum te analyseren.

Schakelmatrix en interface-adapters: Beheer signaalroutering en chipspeldverbindingen.

Software voor besturing en gegevensverwerking: Beheert het testproces, registreert gegevens en evalueert prestaties.

Tijdens het testen worden RF-chips geconfigureerd via SPI of I²C interfaces om hun werkingsmodus en versterkingsstatus in te stellen, gevolgd door opeenvolgende metingen van RF-parameters. Het testen van het ruisgetal maakt bijvoorbeeld gebruik van de Y-factor methode of hot/cold load methoden, gecombineerd met een nauwkeurige ruisbron en spectrum analyzer. Voor het testen van faseruis is een spectrumanalysator met hoge achtergrondruis nodig om faseruiskarakteristieken uit het PLL-gesloten spectrum te extraheren.

4. Testgegevens en analyse van prestaties in de praktijk

Voor een RF-chip voor GPS-navigatie zijn de in de praktijk gemeten gegevens van het ATE-systeem als volgt:

Parameter	Eenheid	Voorbeeld 1	Voorbeeld 2
Ingang P1dB	dBm	-35.1	-35.2
Ruiscijfer	dB	4.1	4.2
Afwijzing van afbeeldingen	dB	40.1	41.2
Faseruis @ 1 kHz	dBc/Hz	-86.3	-83.2
In-band vlakheid	dB	0.4	0.5

De resultaten tonen aan dat de RF-chip voldoet aan de ontwerpverwachtingen voor belangrijke parameters, met goede lineariteit, ruisprestaties en frequentiestabiliteit, waardoor hij geschikt is voor civiele navigatieapparatuur.

5. Conclusie en vooruitblik

Aangezien navigatiesystemen zich blijven ontwikkelen in de richting van ontwerpen met meerdere frequenties, hoge precisie en laag vermogen, neemt de complexiteit van het testen van RF-chips toe. ATE-gebaseerde testsystemen worden de mainstream oplossing voor het testen van RF-chips in massaproductie en bieden een hoge efficiëntie, consistentie en schaalbaarheid. Naarmate nieuwe technologieën zoals 5G-A/6G en satellietcommunicatie in een lage baan om de aarde opkomen, zal het testen van RF-chips zich blijven ontwikkelen in hogere frequenties, bredere bandbreedtes en configuraties met meerdere poorten. Toekomstige systemen zullen verdere optimalisatie vereisen op het gebied van integratie, algoritmekalibratie en intelligente diagnostiek ter ondersteuning van het onderzoek naar en de commercialisering van RF-chips van de volgende generatie voor navigatie en communicatie.