NI PXI와 LabVIEW를 이용하여

RF 전력 증폭기의 특성화 시간 단축

저자
Gary Shipley, TriQuint Semiconductor 선임 엔지니어

회사명
TriQuint Semiconductor

산업
반도체, RF

제품
LabVIEW, NI TestStand, PXI-4071, PXI-4110, PXI-2596, NI PXIe-5122,NI PXIe-5663E, NI PXIe-5673E, PXI-5690, NI PXIe-5442, NI PXIe-6562

해결 과제
측정 정확도에 영향을 주지 않거나 높은 장비 투자 비용을 유발하지 않고 점점 복잡해지는 전력 증폭기 (PA)의 특성화 시간 단축

솔루션
테스트 처리량을 10배 높이고 장비 투자 비용, 전력 소모 및 물리적 공간을 줄이는데 도움을 주는 PA 특성화 시스템 개발에 NI LabVIEW 소프트웨어와 NI PXI 모듈형 계측기 이용

하이라이트
“NI PXI를 이용하여 새 부품들의 특성화 시간을 2주에서 약 하루로 단축할 수 있었습니다.”

TriQuint Semiconductor는?
TriQuint는 정교한 모바일 디바이스, 국방 및 항공우주 어플리케이션 및 네트워크 인프라에 고성능 RF 솔루션을 공급하는 선도업체이다. 현재 TriQuint는 GaAs, GaN, SAW, BAW 기술을 이용한 혁신적인 솔루션을 전세계 기관들에게 제공하고 있다. TriQuint의 기술을 이용하는 개발자들은 어플리케이션의 성능은 높이고 전체 투자 비용은 절감하고 있다.

기존 PA 특성화 기술의 해결 과제
셀룰러 RF PA는 단일 밴드 및 단일 모드로 제작된 반면, 현재의 PA는 보다 다양한 요구사항들을 충족시켜야 한다. 사실, 현대식 PA는 8개 또는 그 이상의 주파수 밴드에서 작동하도록 제작되었을 뿐 아니라 GSM, EDGE, WCDMA, HSPA , LTE 및 기타를 포함한 여러 변조 유형을 처리하도록 제작되었다.
TriQuint Semiconductor는 다양한 범위의 주파수, 전압 공급 레벨, 온도, 전력 범위에서 점점 복잡해지는 부품들을 테스트해야 했다. 일반적인 부품의 특성화 프로세스를 완성하기 위해 디자인 테스트를 마치려면 30,000 ~ 40,000 줄의 데이터가 필요하다. 기존의 박스형 RF 테스트 장비를 이용하면, 각 데이터 라인을 수집하는 데 약 10초가 걸리며, 각 개별 부품들의 테스트에는 110시간 이상이 필요하다.

PXI 테스트 시스템 디자인
RF 부품 특성화에 드는 테스트 시간을 줄이기 위한 여러 문제들을 해결하기 위해 NI PXI, LabVIEW, NI TestStand 기반의 PA 특성화 테스트 시스템을 개발했다. PA 테스트 벤치에는 다음과 같은 계측기들이 포함된다.
NI PXIe-5673 6.6 GHz 벡터 신호생성기
NI PXIe-5663 6.6 GHz 벡터 신호분석기
NI PXI-5691 8 GHz 프로그래밍 가능한 RF 증폭기
NI PXIe-5122 100 MS/s 고속 디지타이저
NI PXI-4110 프로그래밍 가능한 파워 서플라이
NI PXI-4130 정밀 소스측정 유닛

NI PXI-2596 듀얼 6x1 26 GHz 멀티플렉서
100 Mbit/s 디지털 I/O 모듈
기존 박스형 스펙트럼 분석기
외부 파워 미터, 파워 서플라이
LabVIEW
NI TestStand
NI GSM/EDGE Measurement Suite
NI Measurement Suite for WCDMA/HSPA

LabVIEW 소프트웨어를 이용하여 NI PXI 테스트 벤치에서 동일한 측정 시퀀스를 수행하도록 기존의 테스트 계획을 업데이트했다. PXI 테스트 시스템에서 측정 속도는 더 빨랐기 때문에 가능할 때는 언제든 PXI 벤치를 이용하도록 특성화 시퀀스를 설정하였고, 필요할 때만 기존 박스형 계측기를 적용하여 속도를 높였다.

NI PXI의 장점
PXI를 사용하기로 결정한 주 배경 중 하나는 측정정확도에 영향을 주지 않고 더 빠른 측정 속도를 구현할 수 있기때문이었다. 일반적으로, 이전 PA 테스트 벤치에서 RF 측정을 수행하게 되면 전체 특성화 시간에만 모든 시간을 쏟아 부어야 했다. 하지만 NI PXI를 사용하면서 더 빠른 측정 속도를 구현할 수 있는 여러 핵심 기술을 활용할 수 있었다. PXI는 고속 데이터 버스, 고성능 멀티코어 CPU, 병렬 측정 알고리즘을 활용하여 가능한 빠른 테스트 시간을 달성한다. 또한 NI GSM/EDGE Measurement Suite과 NI Measurement Suite for WCDMA/HSPA 는 합성 측정을 사용하여 단일 I/O 데이터 세트에서 모든 측정이 가능하다. 이 툴킷들을 이용하면서 게인, 효율성, flatness, ACP, ACLR, EVM, PVT와 같은 PA 특성들을 측정할 수 있었다.

PXI 사용 결과
PXI를 이용하여PA 테스트 벤치에서 다양한 측정을 수행한 결과, PA의 특성화 시간을 2주에서 약 하루로 줄일수 있었다. 또한 각각의 GSM, EDGE, WCDMA 측정 테스트의 측정 시간이 상당히 줄어들었음을 확인할 수 있었다. 표 1은 기존 테스트 벤치와 PXI 테스트 벤치의 측정 시간과 속도를 비교했다.

결론
NI PXI 모듈형 계측기 사용 결과, 측정 정확도에 영향을 주지 않고 RF PA의 특성화 시간이 상당히 줄어들었다. PXI 기반의 솔루션은 기존에 사용하던 계측기 솔루션과 동일하거나 더 낮은 비용으로 구축이 가능했다. 향후 테스트 시스템에도 NI PXI를 사용할 예정이다.