5G通信中網(wǎng)絡(luò)布線的各電子元件的性能要求均較4G通信時(shí)代有了大幅的提升，網(wǎng)絡(luò)布線方式也日趨復(fù)雜，四連接點(diǎn)甚至六連接點(diǎn)的信道已成為業(yè)內(nèi)主流廠商的優(yōu)選方案，這使得用來(lái)匹配通信電纜的連接硬件（插頭及模塊）的數(shù)量出現(xiàn)了倍增。以往，連接硬件由于測(cè)試難度較大、測(cè)試過(guò)程較繁瑣，僅隨系統(tǒng)做整體驗(yàn)收，不單獨(dú)考核。然而，由連接硬件的性能不良而導(dǎo)致信道、永久鏈路的失效已引起了來(lái)自布線供應(yīng)商和終端用戶等多方的關(guān)注。如何準(zhǔn)確測(cè)得連接硬件的單體性能已成為行業(yè)的熱點(diǎn)問(wèn)題。
國(guó)外對(duì)連接硬件的研究的起步較早。ISO/IEC 11801-1:2017 Information technology—Generic cabling for customer premises – Part 1: General requirements及ANSI/TIA-568.2-D-2018 Balanced twisted-pair telecommunications Cabling and components standard均給出了相關(guān)測(cè)試原理和測(cè)試方法。基于對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)的解讀，國(guó)家信息傳輸線質(zhì)量監(jiān)督中心（以下簡(jiǎn)稱我中心）于2019年起就進(jìn)行了“數(shù)據(jù)通信用模塊測(cè)試技術(shù)”的預(yù)先研究，并通過(guò)與新加坡AEM公司技術(shù)合作，成功突破了模塊單體性能測(cè)試中的技術(shù)難點(diǎn)，形成相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。下文摘錄此研究的部分關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)情況，以期為相關(guān)廠商在此領(lǐng)域提供研究參考。
關(guān)鍵技術(shù)一、樣品制備與連接方法的改進(jìn)
模塊的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的測(cè)試均是由模塊與插頭在匹配情況下獲得的。模塊除了插合界面以外，其設(shè)計(jì)往往是多樣的，而插頭的設(shè)計(jì)則是高度標(biāo)準(zhǔn)化的。因此，相較模塊，插頭的傳輸性能更易被測(cè)定。圖1給出了TIA-568.2-D-2018標(biāo)準(zhǔn)所描述的模塊測(cè)試示意圖。為了盡可能消除引線帶來(lái)的誤差，該標(biāo)準(zhǔn)要求樣品制備時(shí)的電纜引線長(zhǎng)度要小于12mm，并按規(guī)定的接線圖關(guān)系，將電纜引線與測(cè)試夾具的連接孔正確連接。由于電纜引線的節(jié)距狀態(tài)不宜被改變，在如此狹小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)電纜引線和模塊卡線極片之間的連接難度很大。這就直接導(dǎo)致了模塊測(cè)試的重復(fù)性非常差。
圖1 TIA-568.2-D-2018標(biāo)準(zhǔn)給出的連接硬件測(cè)試示意圖
為了解決操作上的問(wèn)題，該標(biāo)準(zhǔn)又提出了基于PCB的測(cè)試插頭，旨在提高插頭一側(cè)的測(cè)試一致性的技術(shù)方案，并如圖2所示。
圖2 基于PCB的測(cè)試插頭
據(jù)此，圖1中示出的測(cè)試裝置可以改進(jìn)為插頭標(biāo)準(zhǔn)化的方案，并如圖3所示。這樣的改進(jìn)可以有效提高測(cè)試精度和測(cè)試效率，但模塊一側(cè)的樣品制備與接線問(wèn)題，仍未解決。
圖3 采用PCB測(cè)試插頭的模塊測(cè)試布置圖
通過(guò)類比標(biāo)準(zhǔn)中采用彈簧針夾具測(cè)試插頭的傳輸性能，可以采用設(shè)計(jì)彈簧針夾具來(lái)與模塊的卡線極片進(jìn)行連接，并由圖4示出。由于模塊設(shè)計(jì)的多樣性，彈簧針夾具可采用3D打印方式來(lái)進(jìn)行，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需要。
圖4 用于模塊測(cè)試的彈簧針夾具
將測(cè)試所需夾具固定安裝在如圖5所示的測(cè)試平臺(tái)上，推動(dòng)位移手柄即可快速完成對(duì)被測(cè)模塊的電氣連接。
圖5 模塊測(cè)試平臺(tái)
關(guān)鍵技術(shù)二、多端口S參數(shù)的測(cè)量
解決了模塊測(cè)試的樣品制備問(wèn)題后，就要解決傳輸參數(shù)的測(cè)試問(wèn)題了。
由于模塊的測(cè)試包括大量線對(duì)間的串?dāng)_指標(biāo)，因此需要采用16端口的網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)實(shí)現(xiàn)S參數(shù)的全自動(dòng)測(cè)試，并如圖6所示。但是這樣配置的設(shè)備成本非常高。
圖6 多端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀
網(wǎng)分端口少一些，設(shè)備價(jià)格就會(huì)便宜得多。圖7示出了選用4端口網(wǎng)分及開關(guān)矩陣這一較為折中的辦法，但開關(guān)矩陣的校準(zhǔn)又是個(gè)新問(wèn)題。
圖7 4端口網(wǎng)絡(luò)分析儀與開關(guān)矩陣方案
為此，新加坡AEM公司開發(fā)了一款專門用于模塊測(cè)試的多端口模塊化矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。它頻率達(dá)3000MHz，具備8個(gè)端口，可通過(guò)PC機(jī)運(yùn)行基于WINDOWS操作系統(tǒng)的控制軟件，實(shí)現(xiàn)單機(jī)/雙機(jī)/多機(jī)協(xié)同運(yùn)行，目前已可滿足對(duì)6A類及以下各類模塊的傳輸性能參數(shù)的測(cè)試。據(jù)此，由我中心和新加坡AEM共同研制的模塊測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)搭建完成，并如圖8所示。目前，我中心已收到了來(lái)自上海天誠(chéng)通信技術(shù)股份有限公司、寧波思柏通信科技有限公司等綜合布線商、模塊制造商委托的測(cè)試需求，并獲得了委托方的肯定。
圖8 模塊測(cè)試系統(tǒng)示意圖
結(jié)束語(yǔ)
5G通信的浪潮為傳統(tǒng)的通信無(wú)源器件行業(yè)孕育了新的機(jī)遇和生命。模塊測(cè)試難題的解決，有助于為無(wú)源器件生產(chǎn)廠商、網(wǎng)絡(luò)布線供應(yīng)商和終端用戶提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)的可靠性。