ota是什么检查

【太平洋汽车网】OTA测试可以完整验证从芯片到天线端各种因素对整机性能的影响，模拟产品无线信号在空气中的传输场景，将产品结构、内部辐射干扰、天线因素、芯片收发算法、甚至人体影响等因素考虑进去，是一种在自由空间验证无线产品空口性能的综合性测试方法。

一、什么是OTA？

对于通讯测试领域来说，OTA指的是OverTheAir，直译为“通过空中”。要知道，在对产品做测试时，除了需要有样品，还需要有测试设备。在这过程中，需要一种将样品连接到测试设备的方法。

常见的有两种连接方法，一种是RF（RadioFrequency）射频传导测试，也就是通常说的拿线去接，如果有测试仪表就较容易实现；另一种就是OTA测试，即通过一组（发射天线和接收天线）进行连接，无需连接任何电缆。

OTA测试一般涉及到哪些产品？

可以这么理解。OTA测试是为了评估被测设备（DeviceUnderTest）的“空口”性能（不同设备之间的信息传输需要通过接口实现，通过电磁波在空气中传播的，就叫做“空口”），主要是评估两个最主要的指标：一个是发射机的总辐射功率（TotalRadiatedPower），即把信息“送出去”的能力；一个是接收机的复合总全向接收灵敏度（CombinedTotalIsotropicSensitivity），即“接收”信息的能力。

因为这些指标直接关系着产品质量和用户使用体验，因此，很多手机和智能可穿戴产品的厂商此前已经对产品的无线OTA性能作了严格要求。

随着物联网产品的无线化、智能化、多样化发展，以及对客户体验的逐步重视，一些非手机类厂商也逐渐对自家产品提出OTA性能要求。

二、为什么要进行OTA测试？

上面提到了，对无线OTA性能有要求的，一般是手机、智能可穿戴设备的生产厂商。这些产品都有共同的特点，它们需要与人体近距离接触，实际使用场景复杂多样，零部件集成度高，自身内外部都会受到辐射干扰。

对于RF传导测试来说，随着被测设备（DUT）的集成度大幅提升，无法使用电缆在被测设备和测试设备之间建立物理连接。更重要的是，它无法将天线因素对整机性能的影响考虑在内，难以完整验证出整机内部不同功能单元的干扰情况，也无法评估人体对产品无线性能影响。

而OTA测试可以完整验证从芯片到天线端各种因素对整机性能的影响，模拟产品无线信号在空气中的传输场景，将产品结构、内部辐射干扰、天线因素、芯片收发算法、甚至人体影响等因素考虑进去，是一种在自由空间验证无线产品空口性能的综合性测试方法，非常接近产品实际使用场景，得出的测试结果也能为产品优化提供更有参考价值的依据及方向。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

OTA 测试中的主要测试参数及相关计算在OTA 测试中，辐射性能参数主要分为两类：接收参数和发射参数。

发射参数有TRP、NHPRP；接收参数有TIS、NHPIS。

TRP(Total Radiated Power)：通过对整个辐射球面的发射功率进行面积分并取平均得到。它反映手机整机的发射功率情况，跟手机在传导情况下的发射功率和天线辐射性能有关。

NHPRP(Near Horizon Partial Radiated Power)：反映在手机的H面附近天线的发射功率情况的参数。

TIS(Total Isotropic Sensitivity)：反映在整个辐射球面手机接收灵敏度指标的情况。它反映了手机整机的接收灵敏度情况，跟手机的传导灵敏度和天线的辐射性能有关。

NHPIS(Near Horizon Partial Isotropic Sensitivity)：反映手机在H面附近天线的接收灵敏度情况的参数。

对于手持终端，OTA 测试中还将考察终端在有模拟人头情况下的上述参数，比较在有无模拟人头情况下相关参数的变化情况。 其他有关的天线参数

在考察天线性能的时候，还有其他需要了解的参数如：APIP、Gain、Directivity、EIRP、ERP。

Gain(dBi)：在相同的输入功率下，天线在空间某点的辐射功率与理想无方向性点源天线在同一点的功率的比值，该增益单位为dBi，手机天线厂家提供的天线测试报告中的增益一般以dBi 为单位。

Gain(dBd)：在相同的输入功率下，天线在空间某点的辐射功率与理想半波偶极子天线最大辐射方向上功率的比值，该增益的单位为dBd。

Directivity：在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的功率与理想无方向点源天线在同一点产生的功率的比值。

Efficiency：天线辐射功率和天线输入功率的比值。

APIP(Antenna Port Input Power)：加入到天线口的功率大小，是PA 输出到天线口的功率大小。该功率大小主要跟手机的传导发射功率大小有关。

EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)：等效全向辐射功率是天线得到的功率与天线以dBi 表示的增益的乘积，反映天线在各个方向上辐射的功率的大小。

PEIRP(Peak Effective Isotropic Radiated Power)：峰值等效全向辐射功率。

ERP(Effective Radiated Power)的概念与EIRP 相同，但ERP 是天线得到的功率与以dBd 表示的增益的乘积。

文︱ED SPERLING

来源︱Semiconductor Engineering

编译 |编辑部

蜂窝数据的上传和下载速度逐渐变得越来越快，但要使该技术在其预期的使用寿命内按预期运行仍然面临巨大挑战，需要整个芯片生态系统进行重大变革。

与4G LTE相比，sub-6GHz在速度、覆盖范围等方面都有着大幅度提升，但毫米波（mmWave）技术仍然是5G技术发展的主流方向。然而毫米波高频信号衰减得更快，更容易受到各种噪音、墙壁或人等物体、甚至高温雨水等环境条件的干扰。避免信号干扰的解决方案是设置更多基站和小型蜂窝，几乎连续的信号校准，通过来自不同角度的多个光束来基本上“弯曲”物体周围的信号。

这项艰巨的任务涉及5G生态系统的方方面面，从芯片/封装/电路板架构开始，延伸到软件开发和测试、制造、封装，甚至延伸到实际应用。这一挑战掀起了检测、计量和测试领域的激烈竞争，每个过程都变得越来越复杂和昂贵，也越来越重要。

这些挑战包括：

随着5G芯片异构集成趋势显著，天线阵列嵌入至先进封装中，测试、检测和计量需要耗费更长时间。这些工艺有更多的测试接入点，许多测试点需要更长时间，这反过来又提高了芯片成本。

电磁干扰、非线性和各种类型的噪声（热、相位、电源等）已成为毫米波器件中的主要问题。信号本身更容易受到干扰，随着这些芯片中的电介质变薄，干扰效应被放大，其中许多芯片是在最先进的工艺节点上开发的。这些电介质最终会在更长的使用寿命和暴露于元素中时击穿，特别是在基站和小型蜂窝中。此外，由于这些芯片被塞进更小的空间，甚至来自PCB的EMI也成了问题。

该行业刚刚开始研究毫米波信号在城市地区的完整性，包括树叶、天气、建筑物和其他物体的影响。这里的问题是，不同的频率表现不同，这些频率可能因国家而异，甚至在同一国家内也不同。这使得对这些设备进行建模和仿真变得更加困难，并且在一个区域中有效的方法在另一个区域可能不起作用。

“5G技术正面临重要的转折点，”西门子EDA产品经理Richard Oxland表示。“其中之一是载波信号的范围往往要低一个数量级，而每平方公里的信号密度则高得多。这意味着需要更多的分布式基站。同样也意味着多个网络运营商将共享一个基站，因此，硬件需要支持多个同步网络。”

对于技术人员来说，使用先进制造工艺或先进封装多芯片堆叠方法，来开发这些芯片更具吸引力。因为这两种方法都能够拓展芯片功能，提供更好的信号缓冲。但这也使得识别缺陷（尤其是多年未出现的潜在缺陷），以及在问题出现时查明问题的根源变得更加困难。

测试方法变化

毫米波的主要挑战包括测试什么、何时测试以及完成这些测试后如何处理数据。毫米波测试包括射频和数字电路、新材料（包括一些在最先进工艺节点上开发的材料）以及新封装方法，这也使得毫米波的测试变得更加复杂。

“我们对芯片进行测试，同时也会对芯片所在模块进行测试，”Advantest高级业务开发经理Adrian Kwan表示。“如果将芯片集成至SiP（系统级封装）或 AiP（天线级封装）模块中，那么这将是截然不同的系统级测试。在设备方面，这仍然是我们在很多收发器测试中一直在做的事情。但是对于模块，有时是‘通过/不通过’，或AiP测试，例如误差矢量幅度与天线距离的关系。使用收发器，前端和天线都集成到单个模块中，因此测试用例完全不同。”

虽然人们对毫米波不乏兴趣，但芯片行业才刚刚开始与实际的可靠性和服务质量作斗争。

“这只是毫米波测试的开始，现在它的体量仍然很小，”Kwan认为，"但在今年毫米波测试数量将会迅速增长，旨在今年年底进行无线（OTA）测试。其中很多都类似于我们正在做的4G LTE测试，但现在我们正在增加相移和波束成形。在OTA方面，我们需要研究天线的辐射方向图。例如，我们可以计算EIRP（等效全向辐射功率），绘制功率与频率的关系。

图1：天线阵列模块使用12个双极化贴片天线元件和7个偶极天线元件（图源：Advantest）

OTA测试是毫米波中的关键要素，因为分配给5G的频谱很窄，而且，在基站或中继器到终端设备之间有效传输信号所需的功耗大不相同。

“至少有一个额外的测试是毫米波独有的，即OTA测试，这是一个全新的测试方法，"Teradyne无线产品营销策略师Jeorge Hurtarte表示。”你正在捕捉空中的辐射信号，这是零接触，且独一无二的测试方式。对于4G和3G来说，所有测试都有接触。现在，将会有天线捕获信号，并将其传输到ATE仪器，然后可以对其进行测试。随着6G达到太赫兹频率，这种零接触的测试趋势逐渐成为主流。未来，芯片内部将有更多的天线元件，[测试室腔]的距离将更小，因此OTA测试将会越来越重要。

图2：用于大规模生产的毫米波测试（图源：Teradyne）

所有这些情况无疑使测试变得更加复杂，但也让软硬件的集成以及模拟与混合信号集成的取舍变得更加困难。硬件更快、更节能，但软件更灵活；模拟可以校准和调整，而数字通常是稳定的。

“在制造过程中进行校准时，需要存储校准表，表征了其在不同温度下的作用，"Picocom总裁Peter Claydon表示。”你存储所有这些数据。在RF和模拟中，这包括数字预失真等内容。因此，在查看RF输出时，可以将其以数字方式反馈，以显示波形的扭曲程度，以及功率放大器的非线性度等。这是在处理RF链中发生的其他事情。但在数字领域，你只可能会以某种令人讨厌的方式失败，这取决于如何使用EDA工具。需要运行更多测试，来查看芯片每个网络的最大电流。因此，在设计过程中有很多事情要做。过去，你可以完成设计和布局，一周后就可以进行流片。现在你完成了设计，则需要在六个月后才能流片，因为有太多的后端测试要运行，还有很多细节需要调整。

图3：5G小蜂窝SoC组件（图源：Picocom）

持续测试

测试也不会就此结束。通常，这些芯片价格昂贵，并且对于小型蜂窝，这些芯片并不总是容易获得的。因此，如果芯片出现问题，目标则是跟踪芯片预期生命周期内的表现，并随时随地进行修改，而不是直接扔掉。

Onto Innovation副总裁兼软件总经理Danielle Baptiste表示：“手机有‘phone home’的概念。因此，芯片也将反馈回来。如果我们看到一些不可预测的结果，一旦问题在现场出现，这意味着我们需要将其反馈到制造过程中。”

这种性能可能会受到许多因素的影响，包括许多与老化相关的因素，这些因素会导致模拟电路中的漂移、数字设备中的电迁移,以及一系列更新随时间推移而累积的软件不兼容性。

“在野外工作六个月后，在寒冷或炙烤的环境下，某些东西可能会出现故障。”Onto软件产品管理总监 Mike McIntyre 表示。“工厂测量他们的生产线是为了工厂控制，而不是为了分析目的。他们可能会在100个晶圆上获得20或40个样品，但也可能是5000个零件。所以你有40个样本与5000个零件相匹配，这是一个可怕的比例，试图找出在寒冷天气六个月后在实际应用中造成这种故障的Metal3线宽测量值。”

图4：在整个制造过程中连接过程控制和分析（图源：Onto Innovation）

这种复杂性的结果是，芯片制造商希望了解芯片/封装/电路板/系统内部的实时状态。一些问题可以通过内置自检识别出来，每当系统启动时，这些问题可能会出现。BiST越来越多地补充了某种在线监控，这些监控也可用于提醒用户由安全漏洞引起的可疑活动。

“您可以识别关键系统级指标，这些指标几乎就像是性能随时间推移的主要指示，"西门子的Oxland表示。”例如，你知道我在某个关键连接上的平均延迟随着时间的推移而增加。如果您可以构建预期 *** 作的正常情况，则可以确定何时开始引发需要执行软件更新的标志。随着时间的推移，您可以收集这些数据，将其放入数据库中，并对这些数据执行正确的分析。

这基本上为测试增加了新的维度，可用于收集和分析数据，以了解芯片内部以及更大系统中芯片外部状态，是一个潜在且有利可图的新市场机会。

“从设计，测试和生产，TAM（总可用市场）在几乎所有生命周期阶段都非常重要，”Synopsys营销和业务开发高级总监Steve Pateras表示。“但到目前为止，最大的机会是在该领域，因为一旦您进入该领域，您就会向不同的受众销售产品。与传统的设计、生产、工程甚至系统集成商相比，它的受众范围比生命周期的早期阶段要广泛得多。”

这对于5G基带芯片尤其重要，因为5G基带芯片可以在不同条件下随时为多个客户提供服务。“SoC可以同时为多个运营商运行软件，”Picocom Claydon认为。“它可以在不同频段、不同情况下有不同的客户。每个人都以不同的方式使用它，因此能够监控正在发生的事情并能够在现场调试它非常重要。”

检测和计量挑战

5G最大的变化之一是封装。除了嵌入封装周围的天线外，还有多个芯片，这可能会增加机械应力，放大工艺变化，并导致与时间相关的问题，因为并非所有芯片的老化速度都相同。

“过去，当你有一个单芯片封装时，如果数据很好，封装就会很好，”KLA电子、封装和元件集团执行副总裁Oreste Donzella表示。“现在，当你将所有这些芯片映射到一个封装中时——一个堆叠着36颗芯片的异构集成封装——如果其中一个芯片存在可靠性问题，那么整个封装就会失败。这对经济、安全性和可靠性都有巨大的影响。当你拥有良率为99%的单芯片时，一切都很好。但是，当你有36个芯片，良率为99%时，你就有了一个乘法因子。”

由于频率较高，RF侧也有更多的元件。“我们看到滤波器、功率放大器以及这些滤波器和功率放大器的复杂性都在以惊人的速度增长，这是因为现在将根据许多不同的频段设置滤波器，并且频段也在更大范围内工作，”Donzella表示。“与数据传输有关的一切都变得越来越复杂，需要更复杂的RF设备。虽然RF滤波器不是5nm技术，但却变得越来越复杂。人们正在使用更多的氮化镓，砷化镓和其他化合物半导体来制造滤波器和功率放大器。由于这些衬底与硅相比还不够成熟，而化合物半导体工艺的复杂性更高，这些材料工艺令人担忧。”

这些设备成本的上升也意味着进行更多的检查以确保单个组件以及SoC、封装和电路板没有严重缺陷是有一定经济意义的。无论是从设备的角度来看，还是从执行更深入检查所需的时间增加来看，这种方案使得原子力显微镜等工具的使用变得可行。

“如果你考虑传统的AFM，你有一个感兴趣的区域，通常高达约100微米平方，”Bruker Nano Surfaces 技术营销人员Ingo Schmitz称。“但实际上你需要更冷静地看待不同的材料。如果你使用电介质，中间夹着金属，光学技术会受到材料对比度的影响。因此，物质差异被视为高度差异。AFM没有这个问题，我们正在将AFM与这种大面积扫描相结合。随着我们转向3D封装，无论是混合粘接还是3D IC或2.5D，这都将变得越来越重要。这将有巨大的需求，因为在光学上你总是有这种材料灵敏度。”

不断上升的成本也使得增加光学检测的覆盖范围变得可行。“前端从未进行过100%的检查，因为在物理上不可能查看每个晶体管，”CyberOptics首席执行官Subodh Kulkarni表示。“在后端，我们确实进行了100%的检查，但我们的镜头比例和速度完全不同。先进的封装处于中间位置。现在，与经典的PCB相比，成本已经上升，并且对检查的需求也增加了。因此，他们希望对非常小而复杂的零件进行100%的检测，因为良率不是那么好。他们没有得到经典的前端缩放效果，因为容量不是那么高。”

利用数据做更多的事情

从设计到制造、封装再到实际应用的整个流程中，数据的重要性日益突显。发现潜在缺陷，确认潜在缺陷是否会造成实际问题，以及监控硬件、软件的性能下降和老化都要依赖于对数据的分析和处理。使用毫米波，这还包括在物体周围“弯曲”信号以保持设备之间连接的能力。

所有这些干扰因素都需要更多的测试、模拟、检查、计量，以及更多的数据分析和AI/ML才能说明。“我们刚刚与是德科技合作，对整个城市进行了建模，以查看建筑物干扰波形及其波动幅度，”Ansys光子学总监Rich Goldman称。“我们还与NIST合作，对树木干扰因素进行建模分析。”

图5：5G信号覆盖道路（图源：Ansys）

整个供应链都在进行越来越多研究。毫无疑问，毫米波将在未来几年内成为市场发展的主流。然而，随着时间的推移，毫米波在实际应用中将如何表现尚不清楚。但工具和方法要么已经到位，要么正在开发中，为了尽可能无缝过渡，整个5G生态系统都在竞相增加其知识基础。现在的问题是，毫米波如何或何时能全部覆盖，目前仍然不清楚。

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