如何著手進(jìn)行LTE測試?
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-06-30 15:01:28
使用任何新技術(shù)時,生產(chǎn)工程師面臨的挑戰(zhàn)就是要測試哪些內(nèi)容以及為什么要測試它們。對于現(xiàn)代化智能手機(jī)或平板電腦這樣復(fù)雜的設(shè)備來說,這一點(diǎn)尤其棘手。至于LTE,其復(fù)雜程度前所未有,完全測試下來就需要將設(shè)備整天放在測試儀上。
生產(chǎn)中的基本假設(shè)必須是,工程部門交付的設(shè)計(jì)能夠滿足客戶的所有需求并且在正確組裝以后能夠?qū)崿F(xiàn)一致的功能。盡管支持這一假設(shè)會為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及其流程增加負(fù)擔(dān),但如果沒有這一保證,對于當(dāng)今極其復(fù)雜的設(shè)備,測試范圍將會過大而無法檢查出所有的可能性。生產(chǎn)車間不是檢驗(yàn)數(shù)百萬固件生產(chǎn)線或是檢驗(yàn)與數(shù)百萬門級數(shù)字信號處理(DSP)/專用集成電路(ASIC)設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件功能的地方。
生產(chǎn)測試的主要目標(biāo)是測試盡可能多的移動設(shè)備,發(fā)現(xiàn)制造缺陷,同時地縮短測試時間。軟件和數(shù)字設(shè)計(jì)已在工程和一致性測試中經(jīng)過了驗(yàn)證。數(shù)字集成電路在其生產(chǎn)過程中已進(jìn)行了廣泛測試。一旦出現(xiàn)數(shù)字故障,通常會導(dǎo)致手機(jī)出現(xiàn)無法開機(jī)、不能產(chǎn)生輸出或不能接收信號等災(zāi)難性后果。這些故障通常是在根本沒有任何測試儀介入的情況下,通過內(nèi)部上電測試這樣的簡單技術(shù)和通過使用校驗(yàn)和來發(fā)現(xiàn)。因此,的生產(chǎn)測試注重于物理層測量,該領(lǐng)域展現(xiàn)了與制造過程相關(guān)的的可變性。
以下各節(jié)討論了LTE的測試以及如何對物理層測試儀(如LitePoint公司的Iqxstream)的測試進(jìn)行優(yōu)化。
物理層測量
物理層測試關(guān)注空中接口的層。其目標(biāo)是確定成功傳輸無線信號必不可少的重要參數(shù)的一致性。發(fā)射功率、發(fā)射波形質(zhì)量和發(fā)射頻率對移動電臺的性能都至關(guān)重要。在接收端,移動設(shè)備在和信號電平成功解碼所接收信號的能力,是其在網(wǎng)絡(luò)中成功操作的關(guān)鍵。
LTE的3GPP測試規(guī)范包含大量不同的測試手段,用來確定LTE規(guī)范的符合性。這些測試中有很多存在一定程度的重疊。鑒于數(shù)字域內(nèi)的實(shí)現(xiàn)程度,在一臺移動設(shè)備和另一臺之間的很多測量不會有所差異。一般認(rèn)為用戶設(shè)備(UE)發(fā)送器(表1)測試足以檢測到生產(chǎn)環(huán)境中的問題。
在很大程度上,鄰頻道泄漏功率比(ACLR)、占用帶寬和頻譜發(fā)射模板(SEM)都在解決相同的問題。一般在模擬輸出鏈路的終部分都存在某種劣化,或者在DUT內(nèi)有產(chǎn)生偽信號的噪聲源。因此,將只會指定這些測量的一種作為測試計(jì)劃的一部分。
與終輸出位于天線連接器以供評估的發(fā)射鏈路不同,接收信號在被完全解碼之前始終處于DUT內(nèi)部。幸運(yùn)的是,雖然在接收鏈路中有許多可能劣化的器件,但幾乎所有的劣化都將在接收閾值或其附近的接收誤碼率測量中顯示出來。物理層測試儀通常依賴于DUT接收測試結(jié)果的能力。由于接收質(zhì)量監(jiān)測是現(xiàn)代空中接口操作的一個重要部分,所以將此數(shù)據(jù)路由至外部終端接口是一個簡單明了的方法。大部分(如果不是全部的話)集成電路制造商都支持某種或其他形式的誤碼率測試。
表2中的兩個測試用于驗(yàn)證接收性能。有了以上測量的組合,挑戰(zhàn)現(xiàn)在變成如何將它們應(yīng)用到幾乎無限多種可能的移動設(shè)備配置中。
LTE測試計(jì)劃開發(fā)
測試計(jì)劃開發(fā)有很多種方法,其中包括:尋找設(shè)計(jì)中可能的故障模式;采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的建議;集成電路制造商的建議;生產(chǎn)中類似設(shè)備過去的歷史。
不幸的是,就LTE之類的新技術(shù)而言,可作為建立測試計(jì)劃基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)可能非常有限。各種器件制造商可能沒有披露設(shè)計(jì)內(nèi)部的詳細(xì)情況,而且對相對較新的設(shè)計(jì)而言,制造商本身也可能會經(jīng)驗(yàn)有限。
因此,制造商經(jīng)常自行開發(fā)測試計(jì)劃,并且有可能退而采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的測試規(guī)范,將其作為基準(zhǔn)。
表3代表了一個為LTE用戶設(shè)備發(fā)送器開發(fā)的測試計(jì)劃。雖然我們還想進(jìn)行另外幾項(xiàng)測試,再宣布被測設(shè)備(DUT)在生產(chǎn)測試方面"合格",但是對于本討論來說,這個子集非常有用。
表3的每一列從左至右代表一個測試配置,每種配置分別由每列頂部的參數(shù)指定。一般情況下,在討論測試配置時,我們討論的是DUT所處的穩(wěn)態(tài),例如恒定調(diào)制率和恒定功率電平等。每列的下半部分表示要對每種配置進(jìn)行的測量。
我們將沿著這個測試計(jì)劃的開發(fā)一節(jié)一節(jié)地瀏覽。本案中的測試開發(fā)人員擁有豐富的LTE知識,對用于LTE的3GPP測試規(guī)范有很好的了解--他被認(rèn)為是測試其他技術(shù)移動設(shè)備的。
請注意,該作者對所有測試都使用了-57dBm的RX功率電平。因?yàn)镽X功率與TX測量沒有直接聯(lián)系,所以不管它設(shè)在什么電平都沒有問題。
注:一般假定該測試計(jì)劃將按照DUT的能力被一致地應(yīng)用到各種頻帶/信道上。3GPP建議采用每個頻帶的低、中和高信道對設(shè)備進(jìn)行測試。按照某些信道配額,這可能意味著只有單個信道得到測試。
從測試覆蓋范圍的角度來說,該測試計(jì)劃的作者做了一項(xiàng)很好的工作:測試了DUT的性能邊界。他測試了和RB(資源塊)分配、和調(diào)制率以及和功率電平。他按照RB分配考察了整個信道的變化。該測試引自3GPP測試規(guī)范的建議,并與之完全相符。生產(chǎn)中的這種測試計(jì)劃不大可能漏掉很多問題(如果有的話)。
讓我們在測試處理量的方面檢查一下這個測試計(jì)劃,因?yàn)槲覀兊哪繕?biāo)畢竟是盡可能快地有效測試DUT.當(dāng)您看這個計(jì)劃時,有兩件事非常突出。表格非常稀疏,但配置數(shù)卻非常多。
鑒于Iqxstream支持?jǐn)?shù)據(jù)捕獲與分析分離的方法,測試時間很大程度上由配置捕獲周期決定,而不是由每次捕獲計(jì)算的測量數(shù)決定。這就表明,針對處理量優(yōu)化的測試計(jì)劃要盡量減少配置數(shù),同時增加測量數(shù)。這更傾向于測量密度更大的更窄表格。
讓我們同樣檢查一下測試工程師是如何選擇不同配置的。在上例中,測試完整考察了一組參數(shù),然后正交轉(zhuǎn)入下一組。測試1~3完整考察了RB偏移方面的變化,然后改變RB塊大小,再次考察了不同偏移的影響。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,這種控制對于追蹤設(shè)計(jì)中不合格變化的源頭來說至關(guān)重要,但是在制造測試環(huán)境中,這種正交性卻不太重要。
簡單缺陷示例
用一個簡單的示例來看一下模擬性能中的缺陷是如何發(fā)生的。假定后調(diào)制模擬濾波器發(fā)生頻偏,截止頻率侵入信道的上邊緣。其結(jié)果將是功率輸出將在信道的上邊緣處偏低。這個故障在頻帶上側(cè)的1RB測試和12RB測試中都會顯示出來,也就是測試配置3和8中的功率測量。故障在50RB塊的EVM平坦度測量中也可以顯示出來。
請記住,在生產(chǎn)中我們僅僅想要確定的是DUT是"好"還是"壞".一旦識別它是"壞"的,可以將這個DUT放在一邊,進(jìn)行進(jìn)一步的檢查和修理。如果隔離問題會顯著增加測試時間,那么就不需要也不應(yīng)該讓生產(chǎn)線去采用這些隔離問題所需的測試。
然后,可以合乎邏輯地刪除測試表中的配置3或8,因?yàn)樗鼈兲峁┑臏y試范圍相似。這些類型的重復(fù)在整個測試計(jì)劃中經(jīng)常出現(xiàn)。雖然有些重復(fù)可能是需要或是必要的,但卻不應(yīng)造成浪費(fèi)。
壓縮測試計(jì)劃
看到原始的測試計(jì)劃時,壓縮就是用來將其改進(jìn)以供在Iqxstream上執(zhí)行的一個合適術(shù)語??倻y試時間將很大程度上由測試配置數(shù)決定。并且,通過將分析部分與數(shù)據(jù)捕獲分開,我們能夠以的成本完成比給定捕獲多得多的測量。因此,我們的目標(biāo)應(yīng)該是在減少測試配置數(shù)的同時,針對每次捕獲完成更多的測量。讓我們?yōu)g覽一下這種壓縮操作。
手機(jī)中的各種調(diào)制方案在電路上一般采用不同的數(shù)據(jù)通路。因此,盡管我們想要在手機(jī)中檢查所有的調(diào)制方案,但很可能卻不需要驗(yàn)證所有的變化。其原因是它們一般在數(shù)字域中產(chǎn)生,且不受模擬量變化的影響。
讓我們從挑選想要保存的配置開始。配置1、12和20考察了調(diào)制和RB分配的極端情況,配置4提供了一種適中且可能典型的RB分配測試。這4個配置是符合邏輯的候選項(xiàng),應(yīng)予以保留。
對于TX質(zhì)量測量,重點(diǎn)一般應(yīng)放在功率的測量上,因?yàn)檫@些測量一般對大功率電路是的挑戰(zhàn)。如果從頻帶/信道的一個邊緣到另一邊緣會有輸出功率的變化,它們就會在單RB配額測量中顯示出來。因此,具有RB偏移的配置3也應(yīng)作為配置1的RB偏移的補(bǔ)充而加以保留。
配置2是需要被削減的候選項(xiàng),因?yàn)樗鼉H測試了信道的中間RB偏移。因?yàn)槟M問題本身通常將在整個頻帶或在頻帶邊緣顯示出來,所以這種中間測量幾乎沒有什么價值。
采用配置1和3在不同RB偏移的頻帶邊緣測試了模擬量的變化。因此,我們可以安全地取消配置8到11,因?yàn)樗鼈兣c配置4到7只是在RB偏移上有所差異。
配置20代表了PA和其他大功率電路上壓力測試的一種形式,而配置21實(shí)際上代表了速率運(yùn)行的現(xiàn)實(shí)的情況。速率運(yùn)行只有在靠近基站時才有可能發(fā)生,因此,一般情況下PA會設(shè)定在低功率設(shè)置。我們應(yīng)至少在低功率狀態(tài)下完成TX質(zhì)量測量,因?yàn)?a target="_blank">功率放大器在其功率設(shè)置以下的63dB將會以非常不同的模式運(yùn)行。因此,配置21仍然是一種很有價值的測試配置。
配置14和15可用來測試特定的功率設(shè)置能力,但前提是這種能力應(yīng)當(dāng)在任何中間功率測量都可能進(jìn)行的整個運(yùn)行范圍內(nèi)始終適用。因此,我們將保留配置5作為設(shè)置中間功率電平能力的測量,而刪除配置14和15.
讓我們?yōu)g覽一下余下的配置,看看還剩下哪些。
配置6和7分別將功率降低到-30dBm和-40dBm,但是沒有理由相信這些測試的更簡單調(diào)制和更低RB配額,會揭示出任何配置21的更復(fù)雜波形沒有發(fā)現(xiàn)的問題,并且-30dBm和-40dBm之間也不會有很大的差異。所以這些測試可以被去除。
測試配置13也有同樣的理由。這也是比測試21更簡單的配置。
測試配置16、17、18和19也是相同情況。這些測試針對在16QAM運(yùn)行的更簡單的12RB配額,驗(yàn)證了RB偏移和功率變化下的運(yùn)行。在前文已經(jīng)驗(yàn)證了配置1和3中不同的RB偏移,而調(diào)制方案在配置20和21中得到證實(shí)。所以這四種測試成為了刪除的候選項(xiàng)。
在這個過程中,我們?nèi)コ舜罅康臏y試配置,但是如前文所述,我們看到的是一個稀疏的測試矩陣。由于向特定測試配置增加測量幾乎或根本不會產(chǎn)生任何相關(guān)成本,那么就讓我們來填補(bǔ)其中的一些空白。
測試計(jì)劃表(表6)中加入了更多的測試并進(jìn)行了少許進(jìn)一步調(diào)整。
其中幾點(diǎn)注釋如下:
用紅色標(biāo)出的測試包括其水平在內(nèi)一般可追溯到3GPP標(biāo)準(zhǔn)。
標(biāo)有MPR(功率降低)的功率測試是對應(yīng)T1、T2功率數(shù)據(jù)的相對功率測量。MPR測量了與調(diào)制或RB配額變化相關(guān)的功率電平的變化。因?yàn)檫@種變化在運(yùn)行中很常見,它們不會產(chǎn)生對運(yùn)行有不利影響的功率電平尖峰或者降落就非常重要。
TX時間模板測量僅進(jìn)行,因?yàn)樗鼱可娴綇年P(guān)斷狀態(tài)切換到開啟再回到關(guān)斷的移動設(shè)備的動態(tài)測量。這需要測試儀和DUT之間存在某種同步,在其他測試中則沒有必要。
對于TX功率為值的測試,RX功率電平被移動到接近于RX閾值。這是現(xiàn)場真實(shí)運(yùn)行的典型情況,有助于確保接收器足以追蹤RX頻率。這種情況下的任何故障一般都會在頻率測量中顯示出來。TX功率為值時類似,可以預(yù)期RX功率強(qiáng),因此在配置T7中增加。
T6使用了一種12RB配額,僅僅在16QAM中納入12RB測試??梢哉J(rèn)為需要一個第八配置來同時包括全功率的12RB和50RB配置。
這種新的測試計(jì)劃輸出7個配置的62個測量值,然而原始的測試計(jì)劃產(chǎn)生21個配置的48個測量值。根據(jù)配置/捕獲時間,新的測試計(jì)劃運(yùn)行時間大約是原測試時間的1/3.
只要發(fā)現(xiàn)新測試時間受分析計(jì)算支配,縮短甚至消除一些重疊的測試就變得完全可以接受。在這方面,某些配置就可以消除占用帶寬計(jì)算以及ACLR或SEM之一。非分配資源塊測量的帶內(nèi)發(fā)射與此類似,性能主要受數(shù)字域中的實(shí)現(xiàn)支配,因而可以減少計(jì)算的配置數(shù)。
充實(shí)LTE測試計(jì)劃
前面的分析關(guān)注的是靜態(tài)TX測量,沒有討論到的是功率控制和RX測量。因此,我們現(xiàn)在將其加入。
功率控制測試:移動設(shè)備線性響應(yīng)功率控制命令的能力對于網(wǎng)絡(luò)性能至關(guān)重要,但是LTE中要求的動態(tài)范圍對發(fā)送器設(shè)計(jì)人員提出了挑戰(zhàn),他們經(jīng)常不得不借助于分段設(shè)計(jì)來覆蓋-40dBm至+23dBm完整的典型輸出功率范圍。這些分段設(shè)計(jì)的邊界對DUT輸出功率的線性性能帶來了挑戰(zhàn)。
下列測試測量了DUT響應(yīng)下行鏈路收到的功率命令并在RB分配存在變化時相應(yīng)分步改變的能力。
這種"功率控制向下"測試讓移動設(shè)備以全功率運(yùn)行,然后分步降低,在每一步測量功率輸出。在測試過程中間做出RB配額的變化,以證實(shí)移動設(shè)備在RF功率輸出沒有明顯變化的情況下從RB配額移至RB配額的能力。
與此類似,"功率控制上升"測試讓移動設(shè)備以功率運(yùn)行,然后分步回升至全功率,從而改變測試過程中間的PB分配。
這兩種測試是使用波形發(fā)送到移動設(shè)備的例子,其中包含移動設(shè)備做出響應(yīng)的信號命令(功率上升、功率下降)。這種情況下,測試儀對信令沒有特別的了解。就它而言,它只不過是回放錄制的波形。這就是物理層測試儀的明確特征之一,即支持信令但一般僅是通過回放機(jī)制進(jìn)行的能力。
接收器測試:我們使用了表8所示的三種測試配置來測試接收器。
RX1在輸入功率使用QPSK調(diào)制,這是因?yàn)榛疽话闱袚Q到更簡單的調(diào)制,以在較低的輸入功率電平達(dá)到的范圍。RX2輸入功率測試將使用16QAM調(diào)制,模擬非??拷镜囊苿釉O(shè)備。RX3使用中等功率點(diǎn)驗(yàn)證RSSI的。
由于在統(tǒng)計(jì)上存在有效的差錯測量,RX BER(誤碼率)測試容易耗時過長。SER(誤符號率)測量具有某些優(yōu)點(diǎn),因?yàn)樗鼈兘衣读藴y試儀針對特定閾值接收到的差錯的數(shù)量。
本文中討論了IQxstream物理層測試儀優(yōu)化測試計(jì)劃的開發(fā)。這是通過對按照3GPP TS建議開發(fā)的測試計(jì)劃進(jìn)行修改后完成的,沒有考慮IQxstream"捕獲,測量多個"的能力。優(yōu)化后的測試計(jì)劃的結(jié)果在測試處理量上大約有3倍的提升。
BER測試類型:根據(jù)調(diào)制解調(diào)器IC制造商的不同,您可能看到一個或幾個SER、FER(誤幀率)或BER與接收器測試相關(guān)的術(shù)語。在表9中對這些術(shù)語進(jìn)行了說明。
一般來說,雖然實(shí)際的差錯率測量各不相同,但這三種差錯率的任何一種都可以用作驗(yàn)證RX性能的手段。然而,了解使用的是哪種量度,以便使用正確的閾值和/或限值通常來說卻很重要。
直接方法
熟悉"捕獲,測量多個"能力的有經(jīng)驗(yàn)的測試設(shè)計(jì)人員可能會選擇采取更直接的IQxstream測試計(jì)劃開發(fā)途徑。下面提供了對這種方法可能情形的一些了解。
的挑戰(zhàn)是,在測試計(jì)劃開發(fā)中掌握哪些參數(shù)對完全運(yùn)行DUT非常重要。在LTE和WCDMA等復(fù)雜的空中接口中,要使測試計(jì)劃"不太昂貴",關(guān)鍵在于將這些參數(shù)縮小到有用的子集并進(jìn)一步確定任何特定范圍的哪部分為重要。
首先,讓我們列出對DUT性能帶來挑戰(zhàn)的運(yùn)行DUT的參數(shù)、感興趣參數(shù)的范圍以及這些范圍內(nèi)的數(shù)值。在LTE的情況下。
如果要以正交方式完全考察每個參數(shù)的感興趣范圍,我們就要使用30個測試配置(沒有RB配額的RB偏移)與相應(yīng)的漫長測試時間。這就解釋了為什么我們會確定挑戰(zhàn)并留意類似RB偏移部分備注中的項(xiàng)目。
因?yàn)槲覀冎溃氖д嬖诖蠊β侍幨菈牡那闆r,所以重點(diǎn)將放在大功率測試上(可能只有單個樣本來自中等或低功率設(shè)置)。
對于調(diào)制來說,我們希望在整個范圍內(nèi)測試(應(yīng)牢記,復(fù)雜的調(diào)制速率將對失真為敏感)。我們還認(rèn)識到在移動設(shè)備靠近基站時將會使用調(diào)制,因此,速率的調(diào)制適合在低功率設(shè)置下的測試。
我們將希望對RB配額進(jìn)行測試,但是配額會再帶來的挑戰(zhàn)。其中大部分是在已經(jīng)測試過的數(shù)字硬件內(nèi)部合成的,因此,我們認(rèn)為改變配額不會有太大的偏差。另一方面,鑒于上行鏈路是共享資源,全部50RB的完全配額將很少見。雖然單個RB配額在網(wǎng)頁瀏覽時很常見,但是需要一定容量的共享上行鏈路會經(jīng)常對網(wǎng)絡(luò)帶來挑戰(zhàn)--因?yàn)橛脩魰蟼髡掌鸵曨l,所以適度的RB配額可能代表常見的使用情況。
RB偏移在數(shù)字硬件內(nèi)部合成,因此,實(shí)際上將利用這一點(diǎn)從頻帶的一個邊緣到另一邊緣驗(yàn)證PA性能。使用單個RB配額,功率測量在頻帶邊緣將為敏感。
據(jù)此得到結(jié)論,結(jié)果是與前文所述的壓縮測試計(jì)劃幾乎完全相同的測試計(jì)劃。與前面結(jié)果的細(xì)微差異在于,16QAM的大功率測試將使用50RB完成。沒有不能變通的規(guī)則,可能實(shí)際上需要增加第八個配置來執(zhí)行12和50RB 16QAM測試。然而需要牢記的是,50RB和16QAM的全功率并不是現(xiàn)實(shí)的運(yùn)行情況。因此,不存在用一個和其他進(jìn)行比較的充分基礎(chǔ)。
進(jìn)一步改進(jìn)
雖然上述方法假定所有測試都是在所有的感興趣頻率下進(jìn)行,但仍有可能通過創(chuàng)建測試計(jì)劃的子集并有選擇地應(yīng)用子集來實(shí)現(xiàn)對測試計(jì)劃的進(jìn)一步改進(jìn)。從生產(chǎn)測試經(jīng)驗(yàn)中習(xí)得的知識或來自具體設(shè)計(jì)中可能的故障模式的直接知識都表明,大多數(shù)頻帶/頻率的非常有限甚至顯著的測試配置就足以檢測故障。
作為如何使用子集的一個假設(shè)例子,支持E-UTRA頻帶5和8的DUT可能會共享除交換雙工器以外的單個TX和RX設(shè)計(jì)。在這種情況下,僅僅完全檢查頻帶5的低頻信道和頻帶8的高頻信道,然后執(zhí)行頻帶5高頻信道和頻帶8低頻信道測試的小子集,可能就已足夠。
本文小結(jié)
生產(chǎn)測試的主要目標(biāo)是盡可能多地測試移動設(shè)備,發(fā)現(xiàn)制造缺陷,同時地縮短測試時間。為達(dá)到這一點(diǎn),利用IQxstream的"捕獲,測量多個"能力,可以獲得測試速度以及整體測試范圍的顯著優(yōu)勢。
相比以3GPP測試規(guī)范為中心的計(jì)劃,具有類似測試范圍的壓縮計(jì)劃的運(yùn)行時間僅為其1/3.
就LTE等復(fù)雜的空中接口而言,在測試計(jì)劃開發(fā)中縮小每個參數(shù)的范圍,確認(rèn)什么參數(shù)將對DUT造成壓力,并確定IC測試和實(shí)驗(yàn)室測試已經(jīng)證實(shí)鎖定到數(shù)字設(shè)計(jì)中的參數(shù)非常重要。
IQxstream在對比討論生產(chǎn)測試與更加常見的實(shí)驗(yàn)室測試環(huán)境時,代表著全新的價值主張。其多DUT功能和"捕獲,測量多個"能力結(jié)合將數(shù)據(jù)捕獲與分析相分離的架構(gòu),令制造環(huán)境的處理量和靈活度達(dá)到了前所未有的水平。
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