原则
X射线光电子光谱学（XPS：X射线光子光谱学或 ESCA：电子光谱化学分析）是一种分析构成样品表面的元素的组成和化学结合状态的方法，方法是将X射线照射到样品表面，并测量从样品表面发射的光电子的动能。使用 Al Kα 射线的 XPS 设备通常可以获取样品表面数 nm 以下的元素的信息。
XPS 的另一个特点是，由待分析原子周围的电子状态（如原子的价电荷（价数）和原子之间的距离）引起的耦合能量变化（化学移位）通常大于在 AES 中观察到的化学移位，并且相对容易识别化学键状态。
激发源（扫描微聚焦X射线源）
特性 X 射线，如 Al K+ 射线和 Mg Kα 射线，通常广泛用于光电激发源。 扫描微聚焦 X 射线源是一种 X 射线源，可在样品上扫描，将单色 Al K+ 射线缩小到更细。 X 射线光束直径可在几 μm* 到几百 μmφ 的范围内设置，扫描范围可以任意更改，因此可以在适合样品的分析区域中进行测量。使用此功能进行二次电子图像观察 （SXI： 扫描 X 射线图像） 可实现快速、准确的分析定位。 此外，我们还支持各种分析，包括多点同步分析、大面积测量、线分析和表面分析。
充电补偿机构（双光束充电中和）
XPS 用于分析从导电材料到绝缘材料的各种固体样品的元素和化学状态，但绝缘样品中的光电生成会导致 X 射线照射区域的正电荷。 在带正电状态下测量的光谱比原始位置更靠近高耦合能量侧（低动能侧），因此很难读取正确的能量位置。 因此，绝缘样品在测量过程中需要电荷中和。同时照射低能电子束和离子束的双束技术是一种中和方法，其中表面不均匀的电荷是自我修复稳定的，因此，对于各种绝缘材料，也可以实现稳定的电荷中和。 此外，可以说，这是微部分析的必要功能。
溅射离子枪（氩离子枪、簇离子枪）
由于 XPS 可以评估的信息深度与表面数 nm，因此，如果表面污染层较厚或要评估更深的区域，请使用离子溅射进行表面蚀刻。 通过交替溅射和测量获得的光谱信息，可以获得元素成分或化学键状态的深度方向轮廓。 深度方向轮廓用于评估具有多层结构的样品的厚度，并分析金属变色和腐蚀的原因。 通常，氩（Ar）离子用于金属和半导体等无机材料的深度方向分析，富勒烯（C60）和氩气簇离子（Ar-GCIB）用于有机材料，溅射离子枪用于材料和目的。
原则
飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS：飞行时间二元体）是一种利用飞行时间差（飞行时间与重量平方根成正比）对固体样品照射离子束（初级离子）并从表面释放的离子（二次离子）进行质量分离的方法。TOF-SIMS 以非常高的检测灵敏度提供有关样品表面 1 nm 或更小深度的元素或分子物种的信息。 照射到表面一次离子的每单位面积的个数约为 1012 ions/cm2 个以下（硅表面原子数为 1015 atoms/cm2 少量，几乎无损分析是可能的。
激发源（初级离子枪）
在 TOF-SIMS 中，液态金属离子枪（LMIG：液体离子枪）具有亚微米的探针直径，可产生数百皮秒的短脉冲，被广泛用作初级离子源。 在 LMIG 中，有三种类型的离子源可供选择：Ga、Au 和 Bi。 虽然所有 Ga 离子束都是一个量体，但 Au 或 Bi 离子束含有大量的多聚体离子。 使用多聚体离子可以有效地分析高质量分子。Ga 离子适用于低质量区域（主要是元素）的分析，Au 和 Bi 离子适用于高质量区域（主要是分子）的分析。
充电补偿机制（低能量电子）
TOF-SIMS 的测量范围可以是导电材料、绝缘材料，也可以是粉末或纤维等样品形式，只要它们可以引入真空。 测量绝缘体时，可同时照射初级离子和脉冲低能电子，以防止样品因初级离子照射而带电。
二次离子检测系统（TRIFT™型分析仪）
从固体表面释放的二次离子具有从几 eV 到几十 eV 的能量分布和广泛的发射角，即使质量相同，到达探测器的时间也会不同。 在 TRIFT 型分析仪中，高能离子在轨道外运行，以补偿能量差异引起的飞行时差。 此外，由于二次离子可以以广角捕获，因此即使对于约 100 μm 的不规则性，也可以获得阴影较少的图像。
溅射离子枪
由于 TOF-SIMS 的信息深度小于 1 nm，因此，如果表面污染层较厚，或者要评估更深的区域，请使用离子溅射进行表面蚀刻。 通过交替溅射和测量获得的光谱信息，可以获得元素成分或分子结构的深度方向轮廓。 表面蚀刻与初级离子枪分开使用溅射离子枪。一般来说，在金属和半导体等无机材料的深度方向分析中，氧气（O2 和镉（Cs）离子，对于有机材料，60 和氩气簇离子 （Ar-GCIB），根据材料和用途使用溅射离子枪。
第三代半导体技术的概述和应用领域
第三代半导体技术是指新型半导体材料及器件技术，相对于第一代的硅材料和第二代的化合物半导体材料，第三代半导体材料的优点在于更高的能带宽度和电子迁移率，更小的电子亲和能和更高的载流子浓度等。这些优点使得第三代半导体材料可以实现更高的电子流动速度和更高的能量效率，从而可以在功率电子器件、光电器件等方面得到广泛应用。
目前，第三代半导体技术已经应用于许多领域，其中比较具有代表性的是功率电子器件领域。随着可再生能源、电动汽车和新型照明等应用的不断发展，对于高效、高速、高温、高电压等特性的功率电子器件的需求越来越迫切。在这方面，第三代半导体技术具有广泛的应用前景。
第三代半导体技术在功率电子器件应用领域的几个主要方面
● 能源转换：太阳能、风能等可再生能源需要将收集到的能量转换为电能，并送入电网。此时需要用到直流-交流变换器、逆变器等功率电子器件，而第三代半导体材料的高速和高电压特性使得这些器件具有更高的转换效率和更小的尺寸。
● 电动汽车：电动汽车需要高效、高速的功率电子器件来控制电机的转速和扭矩输出，从而实现汽车的加速和制动等功能。在此方面，第三代半导体技术的高温、高电压和高速特性使得其在电动汽车中得到广泛应用，提高了汽车的能效和性能。
● 照明：LED照明等新型照明技术需要高效、高速的功率电子器件来控制电流和亮度，同时需要较小的尺寸和高可靠性。第三代半导体技术在此方面有着较好的应用前景。
● 激光器：第三代半导体材料中的氮化镓（GaN）和氮化铝镓（AlGaN）具有较高的电子迁移率和热导率，可以用于制作高功率、高效率的蓝光激光器，被广泛应用于显示、照明、医疗等领域。
● 高速通信：第三代半导体材料中的锗（Ge）和锗锑（GeSb）等可以用于制作高速、高频率的光电探测器，被应用于高速通信、雷达、导航等领域。
● 生物医学：第三代半导体材料中的氮化镓、氮化铝镓和碳化硅等具有较好的生物相容性和机械强度，可以用于制作生物医学传感器、药物递送器等设备，被广泛应用于生物医学领域。
功率器件的测试问题和挑战
第三代半导体功率器件具有很高的性能指标，如低导通电阻、高开关速度、低开关损耗、高工作温度等，这些指标对测试设备和测试方法提出了更高的要求，同时也带来了一些测试挑战。
下面具体说明一些功率器件测试面临的挑战：
● 测试精度：随着功率器件工作电压和电流的不断提高，测试精度要求也越来越高。例如，对于开关频率高达几百千赫兹的功率器件，需要能够精确地测试其导通电阻、开关时间和开关损耗等指标。
● 测试速度：随着功率器件的不断发展，其开关速度也越来越快，因此测试速度也需要相应提高。例如，对于开关频率高达数百千赫兹的功率器件，需要测试速度能够达到数百兆赫兹。
● 温度特性测试：第三代半导体功率器件具有很高的工作温度范围，因此需要测试其在不同温度下的电性能表现。例如，需要测试功率器件在高温、低温和常温下的导通电阻、漏电流和击穿电压等特性指标。
● 可靠性测试：功率器件在高压、高温、高电流等极端条件下容易发生故障，因此需要对其进行可靠性测试。例如，需要测试功率器件在长时间高温、高压、高电流等条件下的性能稳定性。
在高温环境下，功率器件的性能可能会发生变化，例如电阻率的变化、漏电流的增加以及击穿电压的降低等，这些都需要考虑在测试过程中。此外，在高温下，对测试设备和仪器的稳定性和可靠性要求也更高，需要使用高温稳定的测试设备和仪器。
在高电流环境下，功率器件可能会出现热失控现象，这会对器件的性能和寿命产生不利影响。因此，在测试过程中需要考虑如何控制器件的温度和电流，以及如何测量功率器件的温度和电流等关键参数。
在高压环境下，功率器件的击穿电压、反向漏电流等关键参数的测试也是一个难点。这需要使用高精度的测试设备和仪器，同时需要在测试过程中考虑到高电压对器件和测试系统的安全性和可靠性的影响。
针对这些测试挑战，测试方法和设备也在不断发展。例如，为了提高测试速度和测试精度，可以使用高速数字化测试系统，以及新型的测试探针和测试夹具等设备。为了测试温度特性，可以使用具有温度控制功能的测试平台。同时，也需要不断发展新的测试方法和测试标准，以适应第三代半导体功率器件的测试需求。
根据上述功率半导体的测试挑战，我们推荐的测试设备和测试方案包括：
测试精度相关：
针对高频率功率器件的测试需要使用高速、高精度的测试设备。以下是一些推荐的设备：
● 矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer, VNA)：VNA是一种高频测试设备，可以测量功率器件的S参数（散射参数），即反射系数、传输系数和相位等。通过S参数可以得到功率器件的电学性能指标，如输入输出阻抗、传输增益等。
● 快速数字存储示波器(Fast Digital Storage Oscilloscope, DSO)：DSO可以捕获高速电压和电流信号，通过分析信号波形可以得到功率器件的开关时间和开关损耗等指标。
● 高速数字化测试系统：这种测试系统包含高速AD采集器和数字信号处理器，可以实现高速、高精度的功率器件测试。其中，AD采集器可以采集高速电压和电流信号，数字信号处理器可以对信号进行数字滤波、时域分析和频域分析等操作，从而得到功率器件的电学性能指标。
● 高速脉冲发生器(High-Speed Pulse Generator)：这种设备可以输出高速脉冲信号，用于测试功率器件的开关特性和损耗等指标。
● 功率器件参数分析仪(Power Device Analyzer, PDA)：PDA是一种专门用于测试功率器件的测试仪器，可以测量功率器件的开关特性、导通电阻、开关损耗等指标。同时，PDA还可以通过模拟负载模拟实际应用环境，从而更好地评估功率器件的性能。
针对功率器件高速开关测试的挑战，一般建议可以采用以下测试手段和测试设备/方案：
● 快速测试仪器：使用快速数字存储示波器、高速数字万用表、快速数据采集卡等测试仪器，可以实现对功率器件的高速测试。推荐使用高速数字存储示波器，例如Tektronix DPO/MSO70000DX系列，可以实现高达70 GHz的带宽和200 GS/s的采样率，满足高速功率器件测试的需求。另外，也可以考虑使用高速数字万用表，例如Keysight 34461A，支持最高50,000 readings/s的测量速度，可快速测试大量数据。
● 高速负载：使用高速负载可有效提高测试速度和测试效率。高速负载的响应速度和负载能力应该与被测试的功率器件相匹配。推荐使用高速电子负载，例如Keysight N3300A系列高速负载，响应速度可以达到µs级别，可以满足大多数功率器件测试的需求。如果需要更高的负载能力，可以考虑使用AMETEK Programmable Power iX Series负载，支持高达240 kW的功率输出。
● 模拟仿真：在测试之前，可以通过模拟仿真来评估设计的性能和可靠性，进一步减少测试时间和测试成本。推荐使用SPICE仿真软件，例如LTspice，可以进行电路仿真分析，并通过仿真结果评估设计的性能和可靠性。另外，也可以使用Ansys Electronics Suite等CAE软件，来进行更加复杂的仿真分析。
● 温度控制：由于功率器件的工作温度会影响其性能，因此需要在测试过程中对功率器件进行温度控制，以确保测试结果的准确性。推荐使用热电偶或红外线温度计等测温仪器，实时监测功率器件的温度变化。同时，也需要配备恒温恒湿设备或者温度控制箱等温度控制设备，保持测试环境的稳定性。
如果需要进行更加复杂的测试，可以考虑使用专业的测试方案，例如ATE测试系统（自动测试设备）Teradyne泰瑞达公司的UltraFLEX：这是一款可扩展的ATE系统，适用于各种功率器件测试，具有高达19,680测试点和480个模拟通道的能力。Chroma 8000 ATS：这是一款全自动测试系统，支持高达512个测试通道和10,000个模拟输入通道，适用于功率器件的测试和量产。
温度特性相关：
高温测试：
对于高温测试，可以将测试样品置于恒温箱内，控制温度在设定的高温范围内，通常在150℃以上。可以使用高温电阻计、高温电容计等测试设备，分别测试功率器件的导通电阻和容值随温度的变化情况。
高温测试设备：例针对高温条件下的功率器件测试，常见的有以下几种：
热板测试系统：这种测试系统使用具有加热功能的热板将芯片加热至指定温度，然后通过测试夹具与测试仪器连接进行电学测试。该测试方法适用于较小的芯片，能够提供高精度的热测试。
热箱测试系统：这种测试系统使用热箱将芯片加热至指定温度，然后通过测试夹具与测试仪器连接进行电学测试。相比于热板测试系统，热箱测试系统能够测试较大的芯片，并且测试过程中不会对样品施加过多的力。
恒流源测试系统：这种测试系统使用具有恒流源功能的电源将样品施加恒定电流，然后通过测试夹具与测试仪器连接进行电学测试。该测试方法适用于大功率芯片，可以提供高精度的电学测试。
目前市场上常见的专业高温测试系统供应商，如Dynatronix、MCT Worldwide和ETS，提供高温测试设备和方案，可用于功率器件的测试。
下面是碳化硅的高温测试系统框架和设备品牌及型号的举例：
1. 高温箱：用于控制测试温度，通常采用电阻丝加热方式，最高可达数千摄氏度。例如Carbolite Gero系列高温箱、Nabertherm高温炉等。
2. 温度控制器：用于控制高温箱内的温度，以保证测试的温度精度和稳定性。例如Lake Shore 336 温度控制器、Yamari TC-5050高温控制器等。
3. 电源：用于为被测试的晶元提供直流或交流电源，通常需要具备稳定的输出电压和电流。例如Keithley 2260B 电源、Keysight E3649A 电源等。
4. 测量仪器：用于测量被测试晶元的电性能，例如电流、电压、功率等。具体测试仪器的选择取决于测试需求和被测试器件的特性，包括万用表、示波器、源表、电容表等。综合型设备，例如Keysight B1500A系列半导体参数分析仪。
低温测试：
第三代半导体功率器件，如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），由于其优异的高温特性而备受关注，因此高温测试一直是其重要的测试手段之一。然而，低温测试同样重要，因为它可以提供一些有用的信息，如：
● 器件在低温下的漏电流和击穿电压等电性能；
● 器件在低温下的温度系数，即温度变化对器件性能的影响程度；
● 器件在低温下的热稳定性，即在长时间低温下运行的稳定性。
基于这种测试应用的主要测试方案和相应的特点包括：
低温电性能测试：通过在低温下测量器件的电流和电压，可以确定器件在低温下的性能。测试方案可以采用低温脉冲测试、恒压测试、恒流测试等方法。这些测试方法需要使用低温箱、温度控制器和测试仪器等设备。
温度系数测试：通过在不同温度下测试器件的电性能，可以确定器件的温度系数。测试方案可以采用低温箱和温度控制器等设备，进行温度循环测试或温度梯度测试。
热稳定性测试：通过在低温下对器件进行长时间稳定性测试，可以了解器件在长时间低温下的稳定性。测试方案可以采用低温箱、温度控制器和测试仪器等设备，进行长时间低温稳定性测试。
对于低温测试，可以将测试样品置于低温箱内，控制温度在设定的低温范围内，通常在-40℃以下。可以使用低温电压源、低温电流源等测试设备，测试功率器件的漏电流和击穿电压随温度的变化情况。
碳化硅晶元的低温测试，通常需要搭建低温测试系统，其框架一般包括以下几个部分：
1. 低温箱：用于控制测试温度，通常采用液氮或液氦制冷。
2. 温度控制器：用于控制低温箱内的温度，以保证测试的温度精度和稳定性。
3. 电源：用于为被测试的晶元提供直流或交流电源，通常需要具备稳定的输出电压和电流。
4. 测量仪器：用于测量被测试晶元的电性能，例如电流、电压、功率等。具体测试仪器的选择取决于测试需求和被测试器件的特性，包括万用表、示波器、源表、电容表等。
下面是一些用于碳化硅晶元低温测试的设备品牌和型号的举例：
1. 低温箱：Oxford Instruments Triton 200系列低温箱、Bluefors LD系列低温箱、Janis ST-1000系列低温箱，Carbolite Gero低温箱。
2. 温度控制器：Lakeshore 336 温度控制器、Lake Shore 350 温度控制器、Oxford Instruments Mercury iPS 温度控制器。
3. 电源：Keysight E3631A 三通道电源、Keysight 66319D DC电源、Keithley 2260B 电源。
4. 测量仪器：Keithley 2400 电源表、Keithley 2612B 源表、Keysight 34401A 万用表、Keysight B1500A/B1506A半导体参数分析仪。
具体来说，低温冷却机通过提供液体制冷剂来降低低温箱内的温度，将低温箱的温度降至所需的低温测试温度范围。温度控制器通过监测低温箱内的温度，控制液体制冷剂的流量和压力，以维持低温箱内的温度稳定。低温箱内放置被测试器件，并通过测试仪器测量被测试器件的电性能，以评估其在低温环境下的性能和可靠性。
在实际配置时，我们需要注意具体测试系统框架和所需要用到的设备取决于被测试的器件和测试需求，上述设备仅作为参考，实际选择时需要结合具体情况进行综合考虑。
所以，低温测试是第三代半导体功率器件测试中不可或缺的一部分，通过低温测试可以了解器件在极端环境下的性能表现，为实际应用提供更加准确的数据支持。
探针台
探针台（也称为夹具）在半导体器件测试中扮演着非常重要的角色。它是用于在测试过程中将被测试晶片连接到测试仪器的接口。探针台通常包含多个微型探头，用于在测试过程中测量和监测被测试晶片的电性能。
在碳化硅晶圆测试中，探针台可以连接到高低温测试系统的热/冷板，并通过传热介质将热量传递到被测试晶片上。在低温测试中，探针台将被测试晶片放置在低温测试箱内，使其处于低温环境中，并与测试仪器连接。在高温测试中，探针台将被测试晶片放置在高温炉内，使其处于高温环境中，并与测试仪器连接。
探针台通过连接到低温/高温板，将被测试晶片置于高低温环境中，并通过传热介质将温度传递到被测试晶片上。温度控制器监测并控制低温/高温板的温度，以确保被测试晶片处于所需的温度范围内，并向测试仪器提供温度控制信号。测试仪器通过探针台连接到被测试晶片，以进行电性能测试。
以下是针对碳化硅晶圆级测试的一些高低温结合探针台测试方案：
MPI (旺矽科技) 是专业提供高低温探针测试解决方案的著名厂商：
品牌：MPI
型号举例：TS150-THZ
测试特点：
● 支持 -60°C 到 300°C 的温度范围
● 适用于高速微波和毫米波测试
● 支持多种探头，包括 DC、RF、微波和光学探头
● 可选配自动化测试和数据处理软件
探针卡
探针卡是探针台上用于连接晶圆和测试仪器的一种组件，它主要用于晶圆的接触和信号的传输。在一些高速和高精度的测试应用中，探针卡非常重要，因为它能够提供更加稳定和可靠的信号传输，同时保护测试仪器和晶圆。在晶圆级别的测试中，探针卡是必不可少的组件之一，而在器件级别测试中则并不是必须的，因为在这种情况下，测试仪器通常直接连接到器件上进行测试。
一些主要的探针卡供应商包括：
1. Wentworth Laboratories：Wentworth Laboratories是一家专注于高性能微电子测试技术的公司，其探针卡产品主要应用于高速数字和模拟信号测试、射频测试和器件特性测试等领域。
2. FormFactor：FormFactor是一家提供半导体测试和封装解决方案的公司，其探针卡产品具有高精度、高速度和高可靠性的特点，广泛应用于晶圆级别测试和器件级别测试等领域。
探针卡的特点包括：
● 高精度：探针卡具有高精度的特点，能够提供更加稳定和可靠的信号传输，从而保证测试的准确性和可靠性。
● 高速度：探针卡具有高速度的特点，能够满足高速数字和模拟信号测试、射频测试等高速应用的需求。
● 高可靠性：探针卡具有高可靠性的特点，能够保护测试仪器和晶圆，降低测试过程中的故障率。
● 多样化：探针卡具有多样化的特点，能够适应不同测试应用的需求，如晶圆级别测试和器件级别测试等。
第三代半导体测试过程中，例如碳化硅或氮化镓器件或者晶圆，需要进行高电流测试应用。这种应用的目的是为了测试被测器件在高电流下的电性能和热性能。由于第三代半导体器件具有较高的耐高温和耐高电流特性，因此高电流测试能够更全面地验证器件的性能。高电流测试应用在第三代半导体的测试过程中验证了被测晶圆或器件的高电流承受能力和散热能力。
三代半测试中的高电流测试挑战
在高电流测试应用中，主要需要使用高电流源和电阻箱等设备。高电流源可以提供高电流稳定输出，同时能够提供较好的保护措施，保护被测器件不受损坏。电阻箱可以提供各种电阻值，使得被测器件能够在不同的工作状态下进行测试。此外，还需要使用快速数据采集卡，用于采集高速和高精度的测试数据。高电流测试应用中，还需要使用适当的散热系统和温度控制系统，以确保被测器件在高电流和高温下的稳定工作。
以下是我们推荐的高电流测试设备：
Tektronics：2650 系列大功率 SourceMeter SMU 仪器专为高电压/电流电子产品和功率半导体元件（例如二极管、FET 和 IGBT、高亮度 LED、直流至直流转换器、电池、太阳能电池及其他高功率材料、组件、模块和部件）的检定和测试而设计。 它们提供前所未有的功率、精度、速度、灵活性、易用性，可提高研发、生产测试和可靠性环境中的效率。可以提供高达 3000V 或高达 2000W 的脉冲电流功率。
Keithley 2657A High Power System SourceMeter，它可以提供高达180A的电流和高精度的电压测量，并可以控制功率器件的温度。
三代半测试中的高电压测试挑战
第三代半导体器件（如碳化硅、氮化镓、蓝宝石等）的测试需要进行高电压测试，以确保其在正常使用过程中的电气性能和可靠性。但高电压测试面临着一些挑战，例如：
1. 测试系统需要具备足够的电压范围，可以测试高于1 kV的电压。
2. 测试系统需要具备足够的测量分辨率和精度，以测量微小的漏电流和击穿电压等特性。
3. 需要在高电压下确保测试的安全性，包括操作人员的安全和设备的安全。
为了应对这些挑战，可以采取以下措施：
1. 选用高电压放大器和高精度数字万用表等专业的高电压测试设备。
2. 选用具有较高测量分辨率和精度的设备，例如带有高精度采样模块的数字万用表或高速高精度数据采集卡。
3. 采用多层绝缘隔离、强制空气冷却等安全措施，确保测试的安全性。
针对高电压测试挑战，可以推荐以下相应的测试设备：
1. 高电压探头：用于在高电压条件下进行信号测量。推荐品牌包括Tektronix、Keysight等，常用型号包括Tektronix P6015A、Keysight N2795A等。
2. 高电压放大器：用于将高电压信号放大到可以被测试设备读取的电平。推荐品牌包括Tektronix、Keithley等。
3. 高电压电源：用于提供高电压信号给被测器件。推荐品牌包括Keysight、Matsusada Precision，Keithley等，常用型号包括Keysight N3300A、Matsusada Precision HV Series,Keithley 2290系列等。
这些测试设备可以配合使用，针对不同的测试需求，选择不同的组合方式来完成高电压测试。
综上所述，对于第三代半导体功率器件测试所面临的挑战和难点，可以采用上述测试设备和测试方案进行应对，以保证测试结果的准确性和可靠性。
1. 高功率器件测试需求
1.1 技术背景
功率半导体被广泛应用于新能源（风电、光伏、电动汽车）、消费电子、智能电网、轨道交通等行业领域。IGBT 和 MOSFET 作为主要的电力电子器件，在计算机、通讯、等领域被广泛应用。以氮化镓(GaN)为核心的射频半导体，支撑着 5G 基站及工业互联网系统的建设；以碳化硅(SiC)以及 IGBT 为核心的功率半导体，支撑着新能源汽车、充电桩、基站/数据中心电源、特高压以及轨道交通系统的建设。
近年来，电力电子技术发展迅速，在工业，航空，军事等领域得到了广泛的应用，功率器件作为电力电子技术的核心器件，在很大程度上决定着整个系统的性能和质量，功率器件的特性参数作为表征器件性能的重要指标，也越来越得到电路设计和应用人员的重视。
1.2 需求与挑战
随着功率器件设计和制造技术的发展，对于器件特性的测试与表征，也提出了更高的要求，由于大功率器件的特殊性，对于它的测量和表征，多采取封装完成后再进行测量的方式，这种方式周期过长，对研发的整体进度有很大的影响，设计人员更希望能够通过晶圆级的测量了解器件的基本特性，以便能进行进一步的优化和改进，从而提
高工作效率，加快开发进程。
通过晶圆级的测量和表征，也能及时发现器件问题，以便及时做出反应，避免造成更大的损失。
在功率半导体的市场空间的稳步增长推动下，半导体性能要求不断提高，如何保证选用的高速功率器件并在高温、强辐射、大功率环境下能稳定可靠的运行，这给设计工程师带来了非常大的测试挑战，我们需要了解功率器件的动态特性：高功率分离式元件（例如功率电晶体、功率二极体、闸流体等且元件方向性为垂直/横向者）或高功率放大器之电性量测皆属高功率元件测试。以 600 V（高电压）以上及或 1 A（高电流）以上之脉冲或直流电进行量测。
高功率元件的晶圆特性描述应用面临以下挑战：晶圆载台至晶圆背面之接触电阻/高电流元件金属垫层烧坏毁损/在高电压及各温度条件下进行低漏电流量测/高电压电弧/薄晶圆处理/安全的测试环境。
2. 高低温测试需求
2.1 技术背景
随着航空航天、汽车电子、军用、光伏、工业自动化等许多领域技术的不断发展，芯片在各种极端温度环境下的应用也越来越广泛。在芯片的研发生产中，晶圆高低温测试变得越发重要。
MPI 科技作为半导体测试设备领域的先进探针台制造商，在高低温晶圆测试技术领域持续研究近20 年。在工程师们长期的探索中，总结出了晶圆高低温测试面临的主要技术难点，并提出了应对的解决方案。
2.2 需求与挑战
当前，晶圆高低温测试较为常见的测试温度范围一般在 -45°C 至 150°C 区间，晶圆可靠性的测试温度在 300°C 左右。当探针台在进行温度升降时，就会产生热膨胀与冷收缩现象，使探针与卡盘出现热漂移从而影响探针与 Pad 点之间的对准，导致晶圆探针测试难度增大，而有些晶圆测试要求温度环境甚至要达到 500°C 以上，随着温度的不断增加，探针台也将面临更大的温宽测试压力。
1、有效确保温度均匀性控制
如何确保温度的均匀稳定性，并为晶圆测试提供精确的温度环境，不仅是反应探针台机械稳定性的重要因素，更是影响测试数据真实结果的关键。
MPI 工程师们经过不断的反复研究与试验，通过试用各种导热系数的材料，选用特定的材料，控制材料成分的均一性来达到温度控制的均匀性。以MPI高低温真空探针台为例，其温度范围可达：4.5K-770K，温度稳定性优于 ±50mK ，温控器分辨率为 0.1℃，传感器任一区段误差为 0.5%。
2、提高升降温速率
通过分区控温，搭界重整，有效提升升降温速率。MPI 探针台真空腔体采用外腔和屏蔽腔双腔体结构，为样品测试提供极限压力为 10-5Pa 的真空环境（当使用分子泵时）。低温测试时，避免空气中的水蒸气在样品上凝结成露水，从而避免漏电过大或探针无法接触电极而使测试失败。同时，在真空环境中，传热的方式作用下，能更有效地提高制冷效率。高温测试时，在真空环境下，也能有效减少样品氧化，从而避免样品电性误差、物理和机械上的形变。
3、减少高温对其它部件的影响
工程师发现当晶圆加热至 300℃, 400℃, 500℃ 甚至更高温度时，氧化现象会越来越明显，并且温度越高氧化越严重，过度氧化会导致物理和机械形变和产生晶圆电性误差。这很容易会出现因接触不良导致的良率不佳或探针痕迹过深导致的产品测试稳定性差，从而致使测试结果失败。通过先从传热理论计算分析冷热传导过程，建立加热控制模型，再经过无数次的试验不断的修正控制模型，最终能够减少高温对其它部件的影响。
整体解决方案及设备配置
系统主要基于 Keysight B1505 功率器件分析仪器和 MPI 200mm 大功率探针台，MPI 功率系列探针台是非常适用于实验室分析的手动和半自动功率探针台解决方案，支持电压高达 3kV(Trixial)/10kV(Coaxial)，电流高达600A（探针），并且支持外部编程控制，可与测试机协同完成自动化测试。两者协同工作，主要完成大功率 SiC 器件晶圆级 IV 特性和寄生电容特性在片测试，测试范围 3kV，可扩展 10kV，最大电流 300A，寄生电容测试最高偏压 ±3kV，可自动切换测试 SiC MOSFET 和 IGBT 的输入电容，输出电容和米勒电容，满足客户对于 SiC 功率器件测试的以下要求：
晶圆级
1. 兼容 8 寸及以内晶圆，可定制 chuck 支持 Taiko 的晶圆
2. 最高电压 3kV，电流 130A（后期可升级10KV 500A）
3. 晶圆级三端垂直导电器件 SiC MOSFET（水平器件）
4. 温度范围 -60℃ - 300℃
5. 可进行 3kV 高压偏置电容测量，全自动切换测试 Ciss，Coss，Crss，最佳测试频率 100kHZ
6. 支持探针和探卡两种针测方式
B1505A 功率器件测试仪
B1505A 半导体参数分析仪广泛应用于功率器件在片与封装级别测试，从亚 pA 至 10KV 1500A的功率器件电学特性表征，实现 μΩ 量级电阻测试，同时可以实现在 3KV 高偏置电压下的Crss，Ciss，Coss 电容特性测试表征，无需手动换线。
1. 3KV; 130A 最高输出性能
2. 搭配高精度 100fA 中功率测试模块实现衬底漏电流
3. 可实现 4 端口器件的传输特性，转移特性，击穿特性等 IV 测试
4. 可进行 3kV 高压偏置电容测量，全自动切换测试 Ciss，Coss，Crss，最佳测试频率 100kHZ
5. 支持未来升级 10KV，500A，可加装封装器件测试夹具。
MPI 200mm 手动探针台
TS200-HP 高功率探针台作为 8 英寸高精度的手动探针台，可实现最高10KV，600A 的在片功率器件测试。
1. 最大测试电压电流范围：10KV；600A
2. Chuck 表面镀金，接触电阻小
3. 最小的 wafer 厚度可达 50um，可定制 taiko 晶圆 chuck
4. 专业的防打火设计充分保证器件与人员的测试安全
5. Chuck XY 轴移动范围：225 × 260 mm，精密调节范围：25mm×25mm 通过气浮移动专利，实现快速的XY 轴定位
6. Theta 轴位移角度：±5°
7. 多种功率器件探针以及接头显示满足目前市面上绝大部分的（依次为高压，高流，高功率探针）
8. 侧面功率器件测试附件安装板，大限度减少连线的复杂程度
9. 可升级高低温 chuck 满足功率器件在高低温环境下的电学参数测试
MPI 200mm 半自动探针台
TS2000HP 功率器件探针台可以满足 200mm 手动机台所有功能外，可以实现自动生成 wafer map，XYZT 四轴实现电动控制。
1. 提供前置 load 片与侧面 load 片两种上片方式，操作便捷
2. 自主开发 SENTIO 操作控制软件，控制界面简洁，触屏操作效率高
3. Interlock 光幕保护器件与人员的安全，人员触碰至光幕范围仪器将停止电压电流输出
4. 支持高压探卡定制安装，并提供高压探卡抗打火装置，保证测试稳定性
全自动控制软件
针对功率器件在片测试的全自动控制软件，实现单片晶圆功率全参数的测试
显示区域：以表格形式显示检测以及运算所得数据，以及数据变化曲线
设置区域：对测试参数进行设置
执行区域：系统功能的执行按钮，分别是运行指示灯、开始测试按钮、停止测试按钮、保存
数据按钮和叠加曲线按键；数据保存为 excel 格式，图形为 jpg 格式
测试系统连线图
CV 测试连接图（3KV 偏置电压）
集成式大功率高低温测试系统连接图
这是一个智能化的时代，随着机械技术、传感器技术、控制技术、通信技术的不断发展和融合，未来的汽车也需要更加智能化、网络化。而随着汽车电子在汽车上的应用越来越多，对电子设备的测试要求也越来越高，尤其汽车领域对电子技术和产品的应用更注重安全性、稳定性。高精度、可靠、综合性的测试系统能够为研发人员和生产测试人员带来很大的灵活和便利。
我们是欧洲的测试仪器生产商，为欧洲各大品牌的汽车制造厂、零部件厂提供可靠的测试仪器和完善的解决方案，为客户在研发设计，生产测试各个环节提供先进的技术和有力的支持。
1车联网测试平台
2车联网技术，标准和协议栈
车用无线通信技术V2X（Vehicle-to-Everything）是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术，其中V代表车辆，X代表任何与车交互信息的对象，当前X主要包含车、人、交通路侧基础设施和网络。V2X交互的信息模式包括四种：
● 车与车之间V2V（Vehicle-to-Vehicle）
● 车与路之间V2I（Vehicle-to-Infrastructure）
● 车与人之间V2P（Vehicle-to-Pedestrian）
● 车与网络之间V2N（Vehicle-to-Network）
如下图所示：
图1 车联网V2X情景图
关键技术：C-V2X
C-V2X中的C是指蜂窝（Cellular），它是基于3G/4G/5G等蜂窝网通信技术演进形成的车用无线通信技术，包含基于LTE网络的LTE-V2X以及未来5G网络的NR-V2X系统，是DSRC技术的有力补充。它借助已存在的LTE网络设施来实现V2V、V2N、V2I、V2P的信息交互，这项技术很吸引人的地方是它能紧跟变革，适应于更复杂的安全应用场景，满足低延迟、高可靠性和满足带宽要求。
作为LTE平台向垂直行业新业务的延伸，3GPP为车辆通信的增强进行了标准研究和开发，这一点在2012年的Release12，推出了D2D方向。发展到目前，C-V2X的标准化可以分为3个阶段：
● 支持LTE-V2X的3GPP R14版本标准已于2017年正式发布，制定了V2P, V2V, V2I的基本安全服务模式
● 支持LTE-V2X增强（LTE-eV2X）的3GPP R15版本标准于2018年6月正式完成
● 支持5GNR-V2X的3GPP R16版本预计于2020年3月冻结，与LTE-V2X、LTE-eV2X形成互补
图2 C-V2X技术演进
2016年9月，电信行业与汽车行业的全球跨行业产业联盟—5G汽车通信技术联盟5GAA（5G Automotive Association）成立，5GAA发起方包括奥迪、宝马和戴姆勒以及五家电信通讯公司——爱立信、华为、英特尔、诺基亚、高通。目前已经有多家机构加盟该组织，已涵盖主要车企、运营商与设备商成员超过60。各公司将在车联网通信解决方案的开发、测试、促进销售方面展开合作，并支持标准化，加快商用化和向全球市场推广。
C-V2X通信原理
C-V2X针对的工作场景包括两种通信方式：既有蜂窝网络覆盖的场景，也支持没有蜂窝网络部署的场景。分为Uu接口（终端与蜂窝网络之间）和PC5接口（终端与终端之间）。当支持C-V2X的终端设备（如车载终端，智能手机，路侧单元等）处于蜂窝网络覆盖内时，可在蜂窝网络的控制下使用Uu接口；无论是否有网络覆盖，均可以采用PC5接口进行V2X通信。C-V2X将Uu接口和PC5接口相结合，彼此相互支撑，共同用于V2X业务传输，形成有效的冗余来保障通信可靠性。
C-V2X一般由三部分组成：车载单元OBU、路测单元RSU、行人、基站eNB、云服务器等。
图3 C-V2X通信网络架构
PC5接口关键技术
PC5接口定义了车辆之间的直接通信方式，在3GPP R12版本上进行了多方面的增强，支持车辆之间的车辆动态信息（例如位置、速度、行驶方向等）的快速交换和高效的无线资源分配机制。
1）物理层结构增强，以便支持更高速度
为了在高频段下支持高达500公里/小时的相对移动速度，解决高多普勒频率扩展以及信道快速时变的问题，C-V2X对物理层结构进行了增强。
2）支持全球卫星导航定位系统GNSS同步
为保证通信性能，C-V2X的接收机和发射机需要在通信过程中保持相互同步。C-V2X可支持包括全球卫星导航系统（GNSS）、基站和车辆在内多种同步源类型，通信终端可通过网络控制或调取预配置信息等方式获得出色同步源，以尽可能实现全网同步。C-V2X还支持最优同源的动态维护，使得终端可及时选取到优先级更高的同步源进行时钟同步。
3）更加高效的资源分配机制以及拥塞控制机制
作为C-V2X的核心关键技术，PC5接口支持调度式的资源分配方式（Mode-3）和终端自主式的资源分配方式（Mode-4）。此外，C-V2X还支持集中式和分布式相结合的拥塞控制机制，这种机制可以提升高密场景下接入系统的用户数。
Uu接口关键技术
Uu接口需要基站作为控制中心，车辆与基础设施、其他车辆之间需要通过将数据在基站进行中转来实现通信，支持大带宽、大覆盖通信，满足Telematics应用需求。C-V2X在Uu空口上对以下方面进行了功能增强：
1）上下行传输增强
上行传输支持基于业务特性的多路半静态调度，在保证业务传输高可靠性需求的前提下可大幅缩减上行调度时延。下行传输针对V2X业务的局部通信特性，支持小范围广播，支持低延时的单小区点到多点传输（SC-PTM）和多播/组播单频网络（MBSFN）。
2）多接入边缘计算研究
针对具备超低时延超高可靠性传输需求的车联网业务（如自动驾驶、实时高清地图下载等），C-V2X可以采用多接入边缘计算（MEC）技术。
LTE-V2X通信频段
3GPP TR 36.785定义了LTE-V2X的通信频段PC5接口协议，主要采用E-UTRA 47专用载波频段，信道带宽有10MHz和20MHz两种情况。
根据规范需求，LTE-V2X的多载波带间共存主要有E-UTRA 47/3/7/8/39/41总共6个频段，包括多载波频段共存的应用，都需要和47号频段共存，如下表所示：
LTE-V2X传输模式
3GPP RAN#73会议上，列举了以下两种用于V2V通信的传输模式。
图4 C-V2V两种传输模式TM3和TM4
1）传输模式TM3
借助基站eNB，通过控制信令接口Uu实现V2V数据的调度和接口管理。在这种情况下，采用动态的方式进行资源的调度，车车间采用PC5接口通信。利用全球导航卫星系统（GNSS）进行时间同步。
2）传输模式TM4
V2V数据的调度和接口的管理是基于车-车间的分布算法实现。另外，资源的分配依赖地理信息的新机制-Zones。利用全球导航卫星系统（GNSS）进行时间同步。
C-V2X的协议栈
根据C-ITS合作式智能交通系统规定的V2X协议栈，包括如下三种：
● 欧洲标准EU ITS-G5
● 美国标准U.S. WAVE
● 中国标准China GB/T 31024-3 / CSAE0053
具体各个国家地区的C-ITS协议栈大同小异，都覆盖了网络的7层协议，包括了接入层（物理层和数据链路层）、网络传输层（网络层和传输层）及服务设施层（会话层、表示层和应用层）。如下图所示：
图 5 C-ITS合作式智能交通系统协议栈框图
C-V2X测试标准
国内各行业协会和标准化组织高度重视我国C-V2X标准的推进工作，包括中国通信标准化协会（CCSA）、全国智能运输系统标准化技术委员会（TC/ITS）、中国智能交通产业联盟（C-ITS）、车载信息服务产业应用联盟（TIAA）、中国汽车工程学会(SAE-China)及中国智能网联汽车产业创新联盟（CAICV）等都已积极开展C-V2X相关研究及标准化工作。初步形成了覆盖C-V2X标准协议栈各层次、各层面的标准体系，具体的C-V2X协议栈和对应的标准组织如下图所示：
图6 C-V2X协议栈以及相应标准
上述C-V2X协议栈，大体可以分为3GPP层和IEEE应用层的测试：
● 接入层：主要涉及3GPP标准，包括物理层、MAC层和数据链路层，涉及的测试需求包括：射频测试、GCF认证和协议一致性等测试项目；
● 网络层和应用层：主要涉及IEEE标准，涉及网络层协议一致性测试和应用层消息测试；
● 应用场景：主要涉及国家ITS安全规范，如中国的CSAE规范中的测试场景需求；
C-V2X产业链
C-V2X虽然最后是在汽车上应用，但是整个过程，包括了芯片、模组、Tier1供应商及整车厂商，涉及整个行业，如下图所示：
图7 C-V2X产业链组成
C-V2X产业链从狭义上来说主要包括通信芯片、通信模组、终端与设备、整车制造、解决方案、测试验证以及运营与服务等环节，这其中包括了芯片厂商、设备厂商、主机厂、方案商、电信运营商等众多参与方。此外，若考虑到完整的C-V2X应用实现，还需要若干产业支撑环节，主要包括科研院所、标准组织、投资机构以及关联的技术与产业。
3 C-V2X车联网测试解决方案
根据上述C-V2X的技术探讨，C-V2X TM3（Uu接口）的蜂窝移动通信在其中扮演非常重要的作用，主要体现在传统车联网Telematics的应用上。因此，C-V2X TM3（Uu接口）的测试方案，完全可以照搬T-Box的测试方案。因此，本文主要探讨C-V2X TM4（PC5接口）蜂窝通信的测试解决方案。
图8 C-V2X测试系统 – 测试方案一览
上述框图是C-V2X的测试方案，主要涉及C-V2X TM4的测试方案，此方案可覆盖目前车联网相关的所有测试项目。由于不同的用户有不同的需求，因此，此方案可根据用户的需求，拆分为四大方面的测试，总共涵盖七个方面的测试，如下：
射频测试方案
● GCF一致性和协议一致性测试
● GCF一致性测试
● 协议一致性测试
● 在实验室进行C-V2X真实场景仿真测试
● C-V2X应用测试
● C-V2X应用层测试
● C-V2X应用场景测试
● 复杂电磁环境下的C-V2X测试
4 C-V2X射频测试方案
图9 C-V2X射频测试方案框图
5 系统构成
1）CMW100或者CMW500：CMW100和CMW500都可以配置相应选件完成射频指标测试
2）SMBV100B或者SMBV100A：SMBV100B/A都可以用于C-V2X测试中的GNSS同步
6 系统能力
C-V2X射频测试目的是为了验证C-V2X的空口能力是否符合3GPP的物理层技术要求。测试系统必须满足3GPP TS 36.521标准，能够对DUT进行射频标准认证测试。
1）针对Uu端口（V2N，Vehicle to Network）满足非信令射频研发、生产、校准测试
2）针对PC5（V2V，V2I，V2P）端口，满足非信令射频研发，生产，校准测试
7 支持的测试项
1）频谱类
● 带内杂散
● 领道泄漏比（ACLR）
● 频谱辐射模板
● 频率误差
2）功率类
● 功率动态范围
● 功率监测
● 发射功率
3）调制解调质量
● 矢量幅度误差（EVM）
● 矢量幅度误差 Vs. 子载波
● 均衡器频谱平坦度
● 幅度误差
● 相位误差
● IQ星座图
● RB分配
4）接收机测试
● 参考灵敏度电平
● 最大输入电平
8 C-V2X协议一致性测试方案
图11 C-V2X 协议一致性测试系统示意图
9 系统构成
1）CMW500：针对PC5端口测试，CMW500可以模拟单辆车或者多辆汽车，覆盖到接入层（PHY，MAC，PDCP，RLC）。针对Uu端口测试，CMW500用于模拟基站
2）SMBV100B或者SMBV100A：输出GNSS信号，用于被测OBU/ECU和仿真车辆之间的数据同步和导航
说明：PC5端口测试需要同时使用CMW500+SMBV100B，CMW500用于模拟配合车辆。Uu端口测试仅需要CMW500模拟基站。信号可以通过传导或者OTA的方式与被测OBU建立连接。
10 系统能力
C-V2X协议一致性测试系统主要搭载应用V2X技术进行V2V（车车通信）、V2I（车对路测）、V2P（车对人）直连通信的车载终端的底层射频性能、中间层互联互通、网络层协议一致性、PC5通信安全协议一致性及消息层协议一致性的测试及验证；C-V2X协议一致性测试的目的就是有效提升车联网V2X无线通信技术射频指标合规、保证通信协议栈稳定可靠以及与他车通信的可交互性。根据规范3GPP TS 36.523需求，测试系统能够完成L1-L7的所有V2X相关协议的一致性测试及验证工作。
协议研发测试可以满足客户在GCF用例的基础上扩展开发的测试需求，测试用例的开发基于MLAPI测试脚本开发环境，使用C++语言进行脚本开发。目前可以满足以下测试规范需求：
1）RF测试：支持pc5 mode4 信令。满足3gpp 36.521测试项目
2）满足CAICT的一致性测试：《GB T 31024.3 合作式智能运输系统 专用短程通信 第3部分：网络层和应用层规范》
3）满足GCF PCT一致性测试：支持PC5 TM4模式，满足3GPP 36.523-1规范
4）互联互通（IOT）测试：支持3GPP 36.211，36.212，36.213规范，包括以下测试：
● V2V TM4支持物理资源，SubChannel，MCS， HARQ最大传输数等参数灵活配置
● 支持自适应分包和组包
● V2V TM4数据传输测试
● V2V TM4数据接收测试
● V2V TM4衰落性能测试，CMW500本身支持内置衰落，可以满足3GPP定义的如下衰落场景
● V2V TM4 不同SNR性能测试。
5）支持多用户测试，模拟至多400辆车场景
6）支持有色信道场景，支持LTE V2X标准定义的信道场景
参考的标准如下：
● 4.1 3GPP TS 36.211 Physical Channels and modulation
● 4.2 3GPP TS 36.212 Multiplexing and channel coding
● 3GPP TS 36.321 Medium Access Control protocol specification
● 3GPP TS 36.322 Radio Link Control Protocol specification
● 3GPP TS 36.323 Packet Data Convergence Protocol(PDCP) specification
● YD/T 3400-2018《基于LTE的车联网无线通信技术 总体技术要求》
● YD/T 3340-2018《基于LTE的车联网无线通信技术 空中接口技术要求》
● 4.8《基于LTE的车联网无线通信技术 网络层技术要求》
● 2018-0173T-YD 《基于LTE的车联网通信安全总体技术要求》
● GB/T 37376-2019 《交通运输 数字证书格式》
● GB/T 37374-2019 《智能交通 数字证书应用接口规范》
● 4.12《基于LTE的车联网无线通信技术 消息层技术要求》
● 4.13《基于LTE的车联网无线通信技术 网络层协议一致性测试方法》
● 4.14《基于LTE的车联网无线通信技术 网络层协议一致性测试控制接口规范》
● 4.15《基于LTE的车联网无线通信技术 通信安全协议一致性测试方法》
● 4.16《基于LTE的车联网无线通信技术 通信安全协议一致性测试控制接口规范》
● 4.17《基于LTE的车联网无线通信技术 消息层协议一致性测试方法》
● 4.18《基于LTE的车联网无线通信技术 消息层协议一致性测试控制接口规范》
11 支持的测试项
此平台方案，可支持的C-V2X协议一致性测试项目如下：
● 射频指标测试
● 互联互通测试
● 网络层协议一致性测试
● PC5通信安全协议一致性测试
● 消息层协议一致性测试
1）射频发射性能测试
● 发射机测试
● 带内杂散
● 领道泄漏比（ACLR）
● 频谱辐射模板
● 频率误差
● 功率动态范围
● 功率监测
● 发射功率
● 矢量幅度误差（EVM）
● 矢量幅度误差 Vs. 子载波
● 均衡器频谱平坦度
● 幅度误差
● 相位误差
● IQ星座图
● RB分配
射频接收性能测试
● 参考灵敏度电平
● 最大输入电平
2）互联互通测试
● 子信道数目/MCS/HARQ发送测试
● 子信道数目/MCS/HARQ接收测试
● RLC分段重组功能发送测试
● RLC分段重组功能接收测试
● RLC重组功能测试
具体的互联互通测试项目如下：
3）网络层协议一致性测试
● DSM消息发送测试
● DSM消息接收测试
4）消息层协议一致性测试
● OBU广播BSM消息集协议一致性测试
● OBU接收BSM消息协议一致性测试
● OBU解析SPAT消息集协议一致性测试
● OBU解析RSI消息集协议一致性测试
● OBU解析RSM消息集协议一致性测试
● OBU解析MAP消息集协议一致性测试
5）PC5通信安全协议一致性测试
● DUT签发安全消息协议一致性测试
● DUT验签安全消息协议一致性测试
12 C-V2X GCF一致性测试方案
C-V2X GCF一致性测试方案框图如上图11所示。
自古以来，人们都在经意或不经意间使用导航来完成相应的行为。随着科技的不断发展，在飞机，舰船，导弹和宇宙飞行器等航行体上，导航系统已经成为一种极为重要的设备，在众多的导航方式中，无线电导航无疑已经成为应用非常广泛的技术手段。
我们用一句话来了解对导航的定义：导航是引导航空器从一个已知位置到另一个已知位置进行航行的技术，使用的方法包括定出航空器相对希望航线的真实位置。该定义告诉我们，一是导航的基本任务是实时定位；二是起飞点和目的点的坐标必须精确已知，三是导航一定是有目的的飞行，对无目的的飞行实施导航则毫无意义。
而无线电导航则是采用无线电技术引导飞机从起飞机场飞往目的机场的一种技术和手段。
一般而言，导航需要解决三个问题：确定飞机的位置，飞机的航向及飞行（或待飞）的时间，而这些参数的获取都可以通过测向（飞行角度）和测距（或距离差）来实现。理解了这一点，我们就不难理解为什么无线电导航系统要么是测向系统，要么是测距系统或者两者结合在一起的系统。
从飞机的飞行过程，我们可以简要的把航空无线电导航的任务概括为下面四个方面：
1. 引导飞机飞离航线起点，进入并沿预定航线航行
2. 引导飞机在各种气象条件下安全着陆
3. 为飞机准确，安全完成飞行任务提供所需的其他导引及情报资讯服务
4. 确定飞机当前所处的位置及其航行参数（包括航向，飞行时间或待飞时间，速度，加速度和姿态等）
今日导航术语
研究一个领域，我们首先要熟悉这个领域沟通的基本术语和引申的含义，我会在每一篇文章中穿插一些重要术语，帮助大家熟悉无线电导航的基本架构。
首先来学习几个术语：
1. 导航台，又称为无线电导航信标，有点类似古代烽火台的作用，它是具有确定位置，辐射与导航参数有关的信号且信号具有规定格式的发射，接收与处理系统。绝大部分无线电导航台只辐射信号，如无方向信标（NDB），甚高频全向信标（VOR），塔康（TACAN）信标的测向部分，仪表着陆系统（ILS）信标；全球定位系统（GPS）的星载信标等。
2. 航路点，从起飞机场到目的地机场之间的航线上在地面上设置的若干用于联络飞机监控，改变飞机航向，高度速度等的地理位置点，这线点上我们可以设置若干导航台用作航路点。
3. 航线，航迹和航路，我们知道，飞机从地球表面一点到另一点的预定飞行线路称为航线，那么飞机的重心（取飞机体的一个点代表飞机）实际飞行轨迹在地面的投影我们称为航迹，航线与航迹的区别是前者是计划飞行设计的路线在地面的投影，后者是实际飞行得到的路线的投影。无线电导航的目的就是是航迹始终保持在航线上，以达到准确飞行的目的。
4. 进近与着陆，我们知道，飞机飞行过程中最让人担心的阶段其实是着陆阶段，我们有的飞机模型爱好者在玩遥控固定翼飞机的时候，相信大家会有深刻的体会，起飞好办，空中滑行也简单，但要让飞机稳稳的对着跑道着陆可不是想象中的那么简单，所以为了飞机的安全着陆，人们想了很多的方法，在真实的飞机着陆场景中，人们详细的把这个阶段分解为飞机的进近（飞机从指定的起始点开始，下降并对准跑道准备着陆的飞行过程），着陆（飞机进近的最后阶段），整个进近和着陆过程又分为仪表进近和目视进近。而仪表进近顾名思义就是采用无线电仪表细分并阶段控制整个进近过程（进场航段，起始进近阶段，中间进近阶段，最后进近阶段，复飞航段），保证飞机整个着陆过程有序可控，如下图所示：
在着陆阶段，国际上使用了一种称为仪表着陆系统（ILS）的近程导航系统，是目前民用航空主要的陆基导航系统。
因此，仪表进近指的就是飞行员在仪表着陆系统或VOR 等其他地面导航设备的辅助下，根据仪表指示操纵飞机进近的过程。
仪表进近飞行程序是从规定的进场航路或起始进近定位点开始，到能够完成目视着陆的一点为止，如果飞机不能完成着陆而中断进近，则应等待或航路飞行的一个位置，即仪表进近程序包括进场程序、进近程序和复飞程序。
仪表进近分为精密进近和非精密进近两大类。精密进近，在最后进近航段，可以为航空器提供航向道和下滑道引导的仪表进近。比如ILS。
非精密进近，在最后进近航段，只能为航空器提供航迹引导而不能提供下滑引导的仪表进近。比如VOR或NDB。
一次仪表进近程序包含：进场航段、中间进近航段、最后进近航段和复飞航段，如上图所示。
5. 终端区导航，终端区（飞机着陆的最后进场与进近）导航系统包括进场系统和进近着陆系统，其中进场系统为进场航段和起始进近航段提供导航服务，而进近着陆系统为中间进近航段和最后进近航段服务。民用航空的主要进场系统为VOR，DME，NDB，终端区功率较低，一般为50W，民用航空常用的进近着陆系统目前普遍采用ILS引导飞机进近着陆，传统的ILS 包括下滑信标（GS），航向信标（LOC）和指点信标（MB）三个分系统，而指点标又包括外指点（OM），中指点（MM）和内指点标（IM），如图所示这些信标在跑道上的布置和作用。
当您拿起VIAVI IFR4000航线测试仪产品的时候，您会发现IFR4000提供了完成的仪表着陆的整个过程，并且确保这个过程符合ICAO（国际民航组织）的仪表着陆标准条款。帮助工程师实现机上原位功能的验证，系统集成，维护保养及日常故障排查。
Viavi IFR4000给出了用于测试飞机仪表着陆系统的标准信号系统，这些系统如下图所示包括VOR甚高频全向信标系统，VHF 航向信标台LOC系统，UHF 下滑信标台GS系统以及VHF指点信标MB系统等，IFR4000完全符合国际民航组织ICAO关于无线电导航的定义和导航参数及功能完好性验证。
上一篇我们概要的描述了无线电导航需要了解的相关术语，导航参数和引入无线电导航所能解决的一些问题和无线电导航实现的依据，本节我们来详细讨论一下多普勒甚高频全向信标在导航中的应用以及结合IFR4000讨论一下仪表着陆系统ILS在IFR4000上的具体应用并通过IFR4000对这些功能及相关测试进行还原帮助工程师更好地理解IFR4000作为标准导航测试工具箱对机载无线电导航系统测试的意义。
和我们平时使用手机进行导航类似，航空器导航的意义在于随时掌握飞机的位置（任意时刻），飞机往哪里飞（航向）和到目的地还需要飞行（或待飞）时间多久，了解了这3个基本问题后，我们就能随时掌握飞机的飞行动态。而这些导航参数的获取都可以通过测向（如VOR，ILS）及测距（如DME）给出导航的方位和距离信息。
多普勒甚高频全向信标(Doppler VHF omnidirectional range, DVOR)是一种高精度的非自主式相位测向近程导航系统，是目前民用航空主用的陆基测向导航系统，作为近程测角导航系统，通过机载VOR接收系统接收地面VOR导航台发射的电波，可为飞机提供相对于VOR台的方位角，飞机航向，VOR方位角等信息，VOR通常与测距机（DME）同台安装，可为飞机提供测角/测距定位而用于航路，也可布置在终端区，用作飞机进场导航系统。VOR系统由地面信标台和机载设备组成，工作频率在108～118MHz频段，它由地面发射台通过天线发出方位信息，机载设备接收和处理这个方位信息，并通过相关的指示器指示相应的方位信息，引导飞机完成飞行任务。
VOR导航台分为两类，一种是供飞机在航线上定向和定位的，称为航路VOR台（A类），另一种用于飞机在终端区着陆定向和定位，称为航站（终端区）VOR台（B类）。A类导航台频率范围112～118MHz,频道间隔50kHz，共120个波道，发射功率200W，作用距离200海里；B类导航台用于引导飞机进场进近，频率范围108～112MHz，共200个波道，其中有80个波道为VOR/LOC共用，十分位(小数点后面第一位)为偶数的频率共40个波道为VOR工作频率，为奇数的40个波道为LOC工作频率，发射功率为50W，作用距离25海里。
实际使用过程中，VOR，DME和ILS的频率是统一调配的，当选定了VOR或LOC的一个频率，就有一个DME频率和ILS下滑台（GS）频率与之对应。
全向信标是利用两个30Hz的低频信号进行比相来测定飞机方位的。这两个信号分别称为基准相位信号和可变相位信号。
1） 基准相位信号
基准相位信号是用30Hz低频信号先调频到9960Hz的副载波上，然后调幅到载频（108~118MHz）上，用无方向性天线发射。基准相位信号相当于全方位光线，其相位载VOR台周围的各个方位上相同；
2）可变相位信号
可变相位信号是用30Hz低频信号直接对载波调幅，然后由无方向性天线发射，可变相位信号相当于旋转光束，其相位随着VOR台的径向方位而变，如下图所示：
在相对于电台的任何方位上，通过测量基准相位信号和可变相位信号之间的相位差，即可确定飞机所在方位（获得飞机相对于DVOR台的磁方位）。
DVOR台信标除了辐射30Hz AM信号和30Hz FM信号这两个导航信号外，同时向外辐射识别信号（键控1020Hz识别音频）和话音信号， 话音和台识别信号，加到音频集成系统（AIS），供飞行员监听。
典型的VOR机载系统如下图所示由接收天线，控制面板，甚高频接收机和指示器组成，其主要作用有三个，其一是定义VOR航道，接收VOR信标的辐射场，给出飞机偏离预定航道情况；其二是指示飞机是否飞越某一VOR台；第三是获得并指示飞机相对VOR台的磁方位，飞机磁航向，VOR台方位和相对方位角等方位信息，飞机上通常安装两套完全相同的VOR，分别称为左VOR和右VOR系统。
VOR接收天线与ILS的航向信标（LOC）机载天线是共用的，它是一种具有50欧姆特性阻抗的全向水平极化天线，通常安装在飞机垂直安定面的顶部。
目前飞机上VOR控制盒是与ILS，DME共用的，其主要功能一是对机载VOR接收机调谐，可人工选择108～118MHz内间隔50kHz的任一工作频率。当选定LOC频率时，与之配对的下滑信标（GS）接收频率即被自动选定；当选定VOR或LOC频率时，与之配对的DME接收频率也被自动选定。
IFR4000作为专业的航线测试仪器，专门为验证机载近程测角导航系统提供了符合ICAO标准的VOR信标信号，在对机载VOR接收机进行验证时，IFR4000模拟一个甚高频全向信标地面站信号，向飞机发射标准VOR信源，通过空口（主要模式）或直连模式对机载甚高频导航接收机进行功能验证，IFR4000在对VOR机载系统进行验证时提供了如下内容：
● 模拟VOR地面站发射台
● 模拟的发射台频率在108MHz至118MHz的甚高频频率下工作
● 提供用于比相测试定位的两个30Hz低频信号，包括基准相位信号和可变相位信号
● 基准相位信号包括
● 副载波上的30 Hz调频（FM）正弦波，振幅为9.96 kHz
● 用于监听的1020Hz调幅正弦波莫尔斯电码
● 可变相位信号（VAR）：30Hz AM调制正弦波
● 方位信号的VOR方位角选择BRG，包括预设方位角0°,30°,60°,90°,120°,150°,180°, 210°,240°,270°,300°,330° 或可变方位角（0.1°步进）
● 验证向背指示器的向背台指示，0度或180度
作为VOR机载系统的标准验证设备，IFR4000为商业飞机的VOR机载接收机功能验证测试提供了标准及校准信号源系统，是商业航空标准的导航维修检修仪器。
上一章节我们简要描述了一下仪表着陆系统的基本概念，今天我们结合IFR4000的具体应用来聊聊仪表着陆系统。
我们先来一个投票：
假设你准备降落在某个机场。然而气象部门在这个时候通过塔台告诉该空域里所有飞行员：目前，本场大雾有雨，能见度700米……
那么问题来了：如果您是飞行员，您会怎么做？
A. 撸起袖子直接降
B. 退后一步找备降
C. 默默调好ILS，严格按照仪表降落程序执行
仪表着陆系统（ILS）是一种非自主式的振幅测角近程导航系统，是目前民用航空主要的陆基导航系统，这是一种在诸如低云、低能见度的仪表气象条件下可以正常运行，使用无线电信号以及高强度灯光阵列来为飞机安全进近降落提供精密引导的陆基仪表进近系统。而这一套系统必须保证一定的精确度，因此，每隔一定时间都需要专用的设备对ILS的关键参数进行校准和验证。
和上面我们提到的VOR全向信标不同，ILS仅仅在终端区（一个提供给飞机爬升，下降的管制区域）使用。其本质就是由地面（航向台）发射的两束无线电信号实现航向道（localizer）和下滑道（glide slope）指引，建设一条虚拟路径，并在距跑道远，中，近分别设置指点信标（marker beacon）飞机通过机载接收设备，确定自身与该路径的相对位置，使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下降高度，最终实现安全着陆。
航向信标台LOC
又称“跑道定位信标台”。是指仪表着陆系统中，为飞机提供相对于跑道中心线方位引导的地面无线电信标台。其天线阵架设在跑道末端以外的一定距离处，沿跑道中心线面向进近飞机发射两个水平交叉的辐射波瓣，在跑道左边的波瓣被90HZ低频信号调幅，右边波瓣用150HZ调制，使得跑道中心线上的信号其90HZ和150HZ调制信号电平（幅度）相等，而两边则不等，其差异随偏离大小而变化。其载波频率为108.00~111.95MHZ，如下图所示：
这些信号被显示在驾驶舱的仪表盘上。飞行员通过控制飞机使得仪表指针显示在正确的位置来保证飞机飞在ILS引导的航迹上。
位置信息是在通过评估波束信号解调后提供的调制深度差（DDM）。
DDM = m(x90) – m(x150)
因此，可能出现以下情况：
● 90Hz信号大于150Hz信号：飞机向左偏移，需要向右
● 150Hz信号大于90Hz信号：飞机向右偏移，需要向左
● 90Hz=150Hz，两束信号强度相等：飞机位于中央正确的路线
下滑信标台GS
下滑台使用的频率在328.6~335.4MHz之间。下滑道信标波束也是两个强度相等的波束信号，分布在与地平面成3°的下滑道的上、下两侧，上侧是用90Hz调幅信号，下侧是用150Hz调幅信号。飞机下降坡度高于标准下滑道，则90Hz的电波强；反之，则150Hz信号强。当两束电波强度相当，飞机则保持正常的3°坡度下降，如下图所示：
指点标Marker beacons
指点信标台发射频率均为75MHz, 而调制频率和台识别码各不相同，以便使飞行员识别飞机在哪个信标台上空。指点信标机向上空发射一束锥形波束，当飞机通过指点标上空时，飞机内的接收显示设备即发出灯光和音响信号，使飞行员知道自己所处位置。
仪表着陆系统的频率参数上一章已详细描述，这里就不再展开，下面我们以B747-400F/SF的ILS系统测试作为举例详细了解一下IFR4000进行ILS系统测试的过程以帮助大家更好的了解IFR4000的测试应用：
1）给IFR4000接上天线，IFR4000提供了两种测试天线，其中标准75MHz的固定长度天线为Marker Beacon测试用天线，另外一根可伸缩天线为ILS测试用天线
2）开启IFR4000，按MODE按键将屏幕切换到ILS界面，如下图所示：
3）在FREQ频率设置处将频率设置为108.100MHz，如果频率为其他频率，可按下FREQ键调整频率到108.100MHz
4）将IFR4000放置在飞机雷达罩前方（前方地面即可，不要求在雷达罩的正前方）
5）驾驶舱内，按AMM要求设置各个旋钮和跳开关
6）设置HDG（Heading航向）（飞机IRS aligned后，ND（导航显示器）上会显示HDG数字，在AFDS（自动驾驶指引系统）上设置该数字
7）在CDU（控制显示单元）上按下 "NAV/RAD"，（左，右CDU皆可），在CDU上输入频率和HDG，输入格式为108.10/***）***为HDG
8）按下ILS左边的行选键，此时，ILS下方会显示刚才输入的数字，原先显示的是 "PARK"同时ND上会显示频率108.100MHz，左边的ND显示ILS L，右边的ND显示ILS R
9）地面上，调节IFR4000的位置，直到PFD（主飞行显示）和ND（导航显示）上显示下滑道和航向道信标，如下图所示：
左显示屏为PFD，右显示屏为ND
10）调节IFR4000的位置，包括调节IFR4000天线与飞机的夹角（有时可能为45度）
11）按下IFR4000上右下角的LOC和G/S的调节按键来设置LOC和G/S的信标
12）确保PFD和ND上的下滑道和航向道信标随着IFR4000上设置的变化而变化
13）测试完成后将飞机设置恢复
除了ILS测试以外，由于飞机上一般安装有1套或者2套高频及甚高频通信系统，IFR4000也可以对这类的电台进行日常的维护性参数测试，包括AM/FM/SSB电台的参数验证测试，另外，选择呼叫（SELCAL）用于地面塔台通过高频或者甚高频通信系统对指定飞机或一组飞机进行呼叫联系。当地面呼叫指定飞机时，以灯光和谐音的形式通知机组进行联络，从而免除机组对地面呼叫的长期守候。它不是一种独立的通信系统，是配合高频通信系统和甚高频通信系统工作的，为了实现选择呼叫，机上高频和甚高频通信系统必须调谐在指定的频率上，并且把机上选择呼叫系统的代码调定为指定的飞机代码，当地面呼叫某飞机时，通过HF或者VHF电台发射的两对音调编码经飞机选择呼叫译码器译码，若与本飞机的编码相符，则灯亮，并发出谐音，完成呼叫该飞机的任务。IFR4000为选择呼叫系统的功能验证提供了基于ARINC 596标准的选呼标准音以供工程师对选择呼叫系统进行功能验证。
而且，作为机载电台的常用工具，IFR4000人性化的提供了机载应急电台的测试选项，应急电台的作用是在飞机发生事故时，生还人员使用它发出呼救信号，以便得到救援。应急电台的工作频率为121.5MHz和243MHz（民用警告频率 ）。检查应急电台的方法是将一台通信接收机调到应急电台频率上，然后使应急电台段时间工作，此时用加有121.5/243 MHz Emergency Beacon的IFR4000的测量应急电台工作的频率，输出功率及调制信号即可验证应急电台的工作状态是否符合要求。
最后，IFR4000的选件4000OPT1ELT也可以对紧急无线电示位标设备406 MHzCOPAS/ SARSAT紧急定位发射机（ELT）、无线电紧急定位信标（EPIRB）和个人定位信标（PLB）的进行监测，紧急无线电示位标，是指在遇险或紧急情况下用以发射无线电报警信号，为搜寻救助提供识别、位置等信息的装置。常安装在驾驶台的甲板上，能手动或自动启动，是一种实现船对岸报警的专用装置。全球海上遇险与安全系统使用甚高频紧急无线电示位标和卫星紧急无线电示位标。紧急无线电示位标在船/海洋平台下沉后，自动弹出浮到水面，发求救信号，信号通过COSPAS-SARSAT系统转发到地面站。与多用于海上用户的紧急无线电示位标相类似，陆上应用的类似产品叫做个人示位标（PLB，Personal Locator Beacon），航空应用的类似产品叫做航空无线电示位标（ELT）如下图所示：
IFR4000包括对406 MHz COPAS/SARSAT发射机频率和功率。信标使用BPSK数据将发送远程导航系统或GPS接收机产生的位置信息。它支持COSPAS/SARSAT G.005第2期第1版中定义的所有协议，包括6个用户协议（附加一个测试协议）、5个位置协议（附加一个测试协议）。IFR 4000将自动完成协议管理和数据字段解码，并可实现监测发射机频率和功率等测试应用。
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