关于S公司多端口器件自动化测试方案的介绍和分析

1. 多端口射频器件测试需求

如今，无线通信产品中的射频器件正变得越来越复杂，集成度也越来越高。以4G手机的射频开关模块（FEM）为例，它的端口数量往往超过20个。如果使用传统的两端口或四端口矢量网络分析仪（VNA），将面对大量的换线操作，这不仅会大大降低测试速度，还会为测试过程带来很多不确定性。显然这种方案无法满足生产线测试对全自动化，高吞吐量，高一致性的要求。在此背景下，R&S推出了新一代多端口VNA解决方案ZNB+ZNB-Z84和ZNBT。前者通过开关矩阵来扩展VNA的原有端口数量，最多可扩展为48个测量端口。后者则是真正意义上的多端口VNA，它支持最多24个测量端口，每个端口后面都有一套独立的接收机。这样不仅可以保证VNA的射频性能不受影响，而且测试速度也比前者快出许多。

ZNrun是针对上述多端口VNA开发的自动化测试软件。它将仪器控制，被测件控制，测试流程控制集成到同一个软件平台，用户可以非常方便直观地对测试任务进行设置，并得到测试结果。整个测试过程都有ZNrun全程控制，真正实现自动化测试，为用户节省了大量时间。

2. ZNrun软件架构
ZNrun分为服务器（Server）和客户端（Client）两大部分。从图1中可以看出，Server是ZNrun的核心部分，它连接三个不同的Client：配置（Configuration），校准（Calibration）和测量（Measurement）。它还与测量仪器相连，所有的连接都通过TCP/IP协议实现。同时，它还能控制被测件，比如ZNB-B15选件提供的GPIO接口，在ZNrun中可以设置GPIO不同的电平输出来控制被测件的状态切换或为被测件供电。

所有与被测件，测试仪器，测试项目相关的信息被称为测量执行单元（MEU）。ZNrun Server在后台运行并管理着所有的测量执行单元（MEU）。在运行Server之前，用户首先需要在Configuration Client中对仪器类型地址，被测件，测试项等进行设置，然后将设置加载到Server中，并相应生成一个MEU。Server会根据用户的配置信息计算出仪器与被测件之间的连接方式，仪器校准方案等。加载成功后，就可以启动Calibration Client和Measurement Client中进行校准和测试。

图1 ZNrun软件架构

在ZNrun Server中可以加载一个MEU，也可以加载多个MEU，这特别符合生产线测试的需求。如图2所示，当有多个工位需要同时测试时，客户只需要在一个PC上启动Server，并针对每个工位建立相应的MEU。那么所有工位的测试任务都可以在同一个Server上运行，实现并行测试。ZNrun采用USB dongle进行License鉴权，Server只有在识别到License后才能运行。ZNrun提供两种License：ZNrun-K1支持一个MEU，ZNrun-K2支持多个MEU同时运行。

图2 ZNrun Server与MEU

3. ZNrun测试流程

ZNrun提供可视化的软件界面对测试任务的相关信息进行配置，打开Measurement Client就可以进入配置界面。为了让配置更加简单，如图3所示，ZNrun将配置界面分为测量仪器（Measurement Devices）和被测件测量计划（DUT Measurement Plan）两个部分。前者主要设置VNA，开关矩阵以及校准件类型等与仪器相关的信息。而后者主要设置被测件的端口，GPIO控制电平状态以及所有的测试项目等与被测件相关的信息。这样做的好处在于，当测量仪器发生改变时，用户只需要修改VNA的信息，而无需做其他修改。

所有的设置完毕后，Measurement Client中的数据需要加载到Server中并生成一个MEU。Server会根据上传的数据生成一个仪器与被测件的连接方案。这个方案根据实际情况兼顾测试速度与性能两个方面。此外，ZNrun还会设计对测试顺序来进行优化，减少不必要的开关切换，提供测试速度。

图3 Configuration Client操作界面

ZNrun Server还会为每个MEU生成对应的校准方案。当端口数变多时，校准过程也会变得更加复杂。Server也会根据MEU的相关数据，优化校准步骤。Calibration client会显示每一步校准过程中校准单元与仪器之间的连接。在校准过程中，用户只需要按部就班根据提示进行连接校准。每一步校准的完成情况也会显示在软件界面上。校准完后，ZNrun能生成相应的报告，里面有校准时间，操作人等相关信息，以作为校准的证据。

Measurement Client负责仪器的初始化和测量的执行。在初始化阶段，ZNrun将会连接仪器，并根据MEU中的数据对仪器进行设置，然后就可以开始进行测试。针对测试结果，ZNrun提供两种显示方式。如图4所示，在第一种模式中用户可以看到之前测试的每个被测件是否通过，并且ZNrun会对所有的被测件进行统计，显示通过率以及测试的吞吐量。另一种模式是针对某一个被测件，用户可以看到这个被测件的每一个测试项的通过情况。在这个模式下，支持每个测试项的分步运行，以及重测功能。

图4 Measurement Client结果显示

4. 功能扩展

在实际测试中，可能会遇到一些比较复杂的需求是ZNrun无法满足的。比如当测试系统中需要添加额外仪器如频谱仪，程控电源时，ZNrun的Configuration Client无法将这些仪器添加到其配置中。再比如用户需要输出更多的测试数据并将其保存在Excel文件中，ZNrun Measurement Client也无法提供这样的功能。针对这些应用，ZNrun提供插件（Plugin）方式来扩展其原有功能。Plugin是一个基于C#编写的DLL文件。用户只需要根据ZNrun提供的接口函数，编写C#代码来实现希望的功能，然后将生成的Plugin文件放在固定文件夹下。当用户运行ZNrun时，相关的插件功能就会自动加载到整个测试序列中。ZNrun提供所有的接口函数的说明，并提供了几个典型的代码实例。

5. 结束语

R&SZNrun与R&S多端口VNA构成了一个强大多端射频器件自动测试平台。使用ZNrun用户甚至不用了解VNA的操作方法。所有的设置都在ZNrun的可视化界面中完成。一旦设置完成，ZNrun就会将所有的设置，自动生成相应的参数来控制整个测试流程。而生产线工人在操作时，只需要将之前保存好的配置文件调用出来就可以完成自动化测试。强大的插件功能也支持用户对ZNrun原有的功能进行扩充，实现定制化的解决方案。ZNrun作为一款针对多端口射频器件的自动化测试软件，不仅大大缩短了测试软件的开发时间，同时提高了测试效率，完全可以灵活地满足生产线自动化测试的各种需求。