在數字電路方面，摩爾定律促使供應商們在單個CMOS集成電路中提供更多功能方面突飛猛進。不過，無線部分需要大量其他有源無源元件，以及基帶數字芯片、功率放大器、開關，和低噪聲放大器。分立式無源元件不遵循摩爾定律，不滿足持續的微型化要求。EPCOS副總裁兼SAW部CTO Christian Block在2004年的一次訪談中解釋了這個問題及其解決方案（參考文獻1）。他說：“重要的進展不再來自于分立式無源元件的持續小型化。因此我們選擇了基于LTCC技術的無源集成?！?/p>

LTCC推動微型化

“LTCC”是指低溫共燒陶瓷技術，EPCOS用它來建立多層陶瓷襯底，用于嵌入無源元件。與FR4材料或層壓材料相比，LTCC襯底的損耗更低，能在緊湊空間內集成很多無源元件（參考文獻2）。

EPCOS模塊產品開發總監Patric Heide博士表示，一個LTCC模塊可能有10到20層，每層厚度在30到50微米之間。EPCOS可以在這些層之間建立電感與電容，實現濾波器功能和平衡-不平衡轉換器（Balun）。Heide博士解釋說，為了幫助推進微型化，這些模塊還裝入了一些半導體芯片，如通常采用GaAs技術的功率放大器和開關。他說：“我們在集成這些有源GaAs器件與LTCC結構方面獲得了很多知識，并且充分利用了我們在倒裝芯片和引線接合方面的經驗，以實現批量生產中的制造成品率?！?/p>

他繼續說，高水平集成的結果是“我們向客戶交付了采用單個封裝、經過全面測試的RF系統。在手機中，一側是基于CMOS的射頻IC，另一側是天線。我們提供一個介于兩者之間的全功能前端模塊?！?/p>

一個實例是2008年1月份推出的微型全合一前端模塊，可用于藍牙和IEEE 802.11b/g/n WLAN應用。該模塊集成了一個WLAN功率放大器、一個WLAN/藍牙開關、一個接收平衡-不平衡轉換器，以及偏置電路和針對所有RF及DC端口的ESD（靜電放電）保護，其插入高度只有1.4 mm，僅占用電路板4.5×3.2 mm2的空間。D6101還帶有一個共存濾波器，符合全球所有蜂窩標準的WLAN及藍牙應用可以同時工作。

多端口測試挑戰

在我參觀EPCOS總部期間，Heide博士和他的同事們概略描述了測試這些模塊時面臨的嚴峻挑戰。J?rg Schuler博士在EPCOS SAW部負責制造工程與測試策略，他談到了測試多RF端口高集成度微型封裝所需的復雜性：“對于一個GSM四頻WCDMA三頻模塊，必須測試四個GSM平衡端口、兩個Tx端口、三個寬帶CDMA端口，還有一個天線。在最終測試階段需要同時測試14個端口?！保總€平衡GSM端口都包括一個平衡-不平衡轉換器，它有兩個連接到測試系統的端口）。他表示，重要的規范包括高動態范圍和良好的阻帶性能，“因此你的測試系統需要提供盡可能低的損耗?！?/p>

Schuler博士稱，EPCOS使用的早期測試系統包括一個雙端口VNA（矢量網絡分析儀）和12端口矩陣。他補充說，EPCOS早期與Rohde & Schwarz討論過測試設備的需求，最終使用了一臺8端口R&S ZVT VNA，它支持高達20 GHz的測試覆蓋范圍，帶有一個10端口矩陣。他說，這種組合的結果是連接到待測單元上的開關數較少，因此大幅度降低了損耗，增加了動態范圍，并提供更準確的測量。

Schuler博士表示，重要的還有快速的校準時間，使校準工作更便于在現場完成。他說：“我們今天使用的是一個16端口校準標準，它能夠一次自動校準16個端口，只要將測試設備連接到標準版CAL，啟動自動校準程序就行了。這對批量生產非常實用?！彼a充說，對EPCOS位于中國無錫的制造廠，自動校準尤其重要，他解釋說，使用彩色編碼的電纜和連接器，操作員可以快速地完成所需連接，然后按下一個鍵。

保持短的測試時間

Schuler博士稱，盡管集成度在不斷增加，模塊中包含了需要作非線性測量的有源元件，但仍要保持短的測試時間。他補充說，ACPR（鄰道功率比）、諧波和其他參數的測量都可以采用信號發生器和頻譜分析儀的組合，但對于三、四個功率級的全面特性描述，這種測量需要較長的時間。Schuler博士稱，與之相比，VNA可以快速測出增益、1 dB壓縮點和諧波，而“縮短測試時間意味著我們成本的降低?！?/p>

Heide博士描述了高集成度LTCC前端模塊所帶來的特殊測試挑戰，該模塊也包含功率放大器這類有源元件。他說，對這些模塊的測試涉及陶瓷自身內部濾波器功能的小信號測量，以及對模塊封裝中嵌入放大器功能的大信號特性描述。具體的測試隨應用而變化，但一般包括的步驟有S參數測量與諧波測量，后者用于確保符合對雜散輻射的監管要求。

圖1表示WLAN和WiMAX模塊需要的測試步驟。Heide博士稱，IEEE 802.11和802.16設備的一個主要要求是工作在OFDM（正交頻分復用）格式下的發射器線性度。他補充說，EVM（誤差矢量幅度）是線性度的一個關鍵指標。為了實現待開發模塊的全面特性描述，EPCOS工程實驗室通常會采用基于PC的自動測試臺，它帶有一臺R&S ZVA24 VNA、一個定制的多端口測試集、一臺R&S FSQ26矢量信號分析儀，以及一臺R&S SMJ100矢量信號發生器。

Heide博士解釋說，耗時的測試過程不適用于批量生產?！拔覀儾荒芙邮芤粋€花費半分鐘或一分鐘的測試。我們需要在幾秒鐘內完成測試?！?/p>

用抽樣測試加快生產過程也不可取。Schuler博士說：“我們對每件離開工廠的產品都要作全面的特性測試?！彼a充說EPCOS希望做到在開始一個新模塊的生產時，測試程序調整需求的最小化。“我們的方案永遠是將與實驗室相同的測試設置用于生產線的測試環境?！?/p>

Heide博士說，EPCOS最近開發了一種組合模塊（圖2），它在一個單元內支持全球所有的WiFi和WiMAX標準（2.5 GHz WiFi、2.5 GHz WiMAX、3.5 GHz WiMAX和5.5 GHz WiFi）。他說，這種三頻段模塊以四種模式工作，WiFi和WiMAX共享2.5 GHz頻段，而3.5 GHz頻段只支持WiMAX，5.5 GHz頻段只支持WiFi。

該模塊有六個平衡-不平衡轉換器、三個發射濾波器、三個接收濾波器，以及三個諧波濾波器。Heide博士說：“有很多濾波器需要作特性分析?！痹撈骷€包含三個功率放大器芯片和一個SP4T開關。其架構包括三個平衡發射和三個平衡接收路徑，以及一個天線端口。因此，就有13個RF端口要進行測試，這是R&S ZVT VNA的任務。

集成軟件

當然，單靠多端口RF測量能力并不足以開發出一個有效的測試策略。軟件扮演著一個重要的角色，它既可控制儀器和處理程序，也可獲取和分析數據，目標是統計過程控制。為此，得到Rohde & Schwarz公司工程師支持的EPCOS工程師正致力于EPCOS專用測試軟件與Rohde & Schwarz VNA軟件的集成。Schuler博士解釋說：“對我們最大的好處是，我們擁有了一個可控制VNA和切換矩陣的單一軟件界面。”

盡管重點是Rohde & Schwarz的儀器，EPCOS工程師們的實驗室中也確有來自其他測量設備供應商的儀器。Heide博士說這種額外設備使EPCOS工程師確保測試結果的完全兼容和再現性，例如為EPCOS客戶或參考設計伙伴完成的特殊測量。這些測量有時會用到多家供應商儀器生成的很特殊的數字調制方法。

不過，EPCOS很重視與Rohde & Schwarz建立的工作模型。Schuler博士說：“沒有本地的支持，與測試設備制造商的合作可能很難”，他接著說，預測今后3到5年需要的功能不是件容易的事。他繼續說，“重要的是交互合作，充分利用測試設備的能力，”因為要將所有測量難題湊在一起，需要儀器供應商與客戶之間的持續對話。

Schuler還說，通過與Rohde & Schwarz公司客戶支持的密切合作，EPCOS還有機會使用還沒有上市的產品。“這使我們有機會提供很多反饋，并且當我們在批量生產中部署該款儀器時，能確信它已成熟。”