RF晶體管和RF集成電路上的功率測(cè)量的復(fù)雜性日益增大,。在高功率設(shè)備性能測(cè)量中，最重要的是測(cè)量飽和功率，由于很難用CW技術(shù)來(lái)評(píng)估參數(shù),，它通常在脈沖狀態(tài)下測(cè)試。本文介紹的方法消除了用于測(cè)量的經(jīng)典方法中的某些重大缺點(diǎn),。該方法無(wú)需外部個(gè)人電腦,，只使用了Rohde&Schwarz公司的一些SMIQ信號(hào)發(fā)生器，并利用了如同高動(dòng)態(tài)范圍峰值計(jì)量器一樣工作的FSP信號(hào)分析儀的一些鮮為人知的性能,。
通過(guò)使用線(xiàn)跡算術(shù)運(yùn)算(trace math)和標(biāo)記,，可以在一直到設(shè)備飽和功率級(jí)的任何一個(gè)壓縮級(jí)直接讀取增益和功率,。對(duì)一個(gè)來(lái)自Freescale半導(dǎo)體為UMTS頻段(模式MW4IC2230MB)而設(shè)計(jì)的高增益LDMOS電源RF集成電路進(jìn)行測(cè)量顯示了該方法的優(yōu)點(diǎn)。
飽和功率是一個(gè)重要的設(shè)備或放大器特性,，因?yàn)閿?shù)字預(yù)矯正系統(tǒng)常常被用來(lái)線(xiàn)性化多載波蜂窩基站功率放大器,。飽和功率通常看成是前置補(bǔ)償功率放大器可能的最大輸出功率,。即使LDMOS設(shè)備比雙級(jí)晶體管更強(qiáng)健,，要測(cè)量高CW功率級(jí)仍然困難。實(shí)際上,，自熱式設(shè)備幾乎不可能產(chǎn)生準(zhǔn)確和可復(fù)驗(yàn)的測(cè)量,。這樣的結(jié)果是，通常采用脈沖信號(hào)完成飽和功率的測(cè)量,。典型地,，使用具有脈沖輸入的信號(hào)產(chǎn)生器和具有兩個(gè)感應(yīng)器的峰值功率計(jì)量器。于是,，設(shè)備的輸入功率會(huì)得到增加,，部分輸出功率與輸入功率之比可在PC的幫助下得出。
然而,，該方法的準(zhǔn)確度有限,。雙通道峰值RF功率計(jì)量器要求兩個(gè)感應(yīng)器在給定的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)運(yùn)作以獲得更佳的準(zhǔn)確度。假如測(cè)試工作臺(tái)設(shè)計(jì)適當(dāng),，該條件很容易實(shí)現(xiàn),。可是如果被測(cè)器件(DUT)有高增益,，比如象多級(jí)RF集成電路,，就會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)錯(cuò)誤源：感應(yīng)器不能在校準(zhǔn)(當(dāng)被測(cè)器件被穿透基準(zhǔn)取代)和測(cè)量期間，在同一動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)運(yùn)作,。因而,，在測(cè)量結(jié)果和工作臺(tái)被校準(zhǔn)的功率級(jí)別之間，存在相互依賴(lài)性,。

測(cè)試工作臺(tái)
測(cè)試臺(tái)(圖1)使用一個(gè)與SMIQ RF信號(hào)發(fā)生器“脈沖”輸入相連接的脈沖發(fā)生器,。為了在功率掃描模式中使用SMIQ，功率掃描必須與信號(hào)分析器中的時(shí)基掃描同步,。幸好,，當(dāng)與二極管檢測(cè)器和類(lèi)似XY模式濾波鏡的顯示器相關(guān)聯(lián)時(shí)，這一類(lèi)信號(hào)發(fā)生器具有可以被用作純量網(wǎng)絡(luò)分析儀(SNA)的特性,。在SMIQ的后部面板上,，有幾個(gè)帶有功率掃描斜線(xiàn)以驅(qū)動(dòng)濾波鏡的X軸的BNC連接器，以及校準(zhǔn)顯示器X軸的標(biāo)記,。既然這樣,，“標(biāo)記”的輸出被當(dāng)作信號(hào)分析器的觸發(fā)信號(hào)來(lái)使用,。
SMIQ的“標(biāo)記”輸出與一根BNC電纜相連，連接到FSP的“外部觸發(fā)器”輸出,。“標(biāo)記1”設(shè)置為“掃描開(kāi)始”值,，SMIQ的RF輸出與一個(gè)可變衰減器相連。這樣,，DUT輸入上的功率等級(jí)可以在不改變信號(hào)產(chǎn)生器中掃描過(guò)程的“開(kāi)始”和“停止”值的情況下被調(diào)整,。


我們傾向于推薦該方法，因?yàn)槿绻麙呙钑r(shí)的“開(kāi)始”和“結(jié)束”值被修改,，而“標(biāo)記1”的位置未變,，則射譜分析器的同步將會(huì)不規(guī)則，而一旦標(biāo)記處于功率掃描范圍外,，甚至?xí)o(wú)法同步,。一個(gè)高功率放大器被用來(lái)驅(qū)動(dòng)DUT以確保驅(qū)動(dòng)器放大器在DUT之前不會(huì)飽和。輸入輸出耦合器允許對(duì)要發(fā)送到頻譜分析器的信號(hào)部分取樣,。一個(gè)校準(zhǔn)衰減器被用作負(fù)載量,，以便獲得一個(gè)在進(jìn)入負(fù)載衰減后作為偏差可以用標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)量表測(cè)量的準(zhǔn)確功率參數(shù)。
在測(cè)量之前,，必須校準(zhǔn)頻譜分析器的輸入輸出路徑,。通常，DUT被一個(gè)穿透基準(zhǔn)取代,，并且信號(hào)發(fā)生器在CW模式下工作。功率計(jì)量器讀取貫穿穿透基準(zhǔn)的功率等級(jí),，而頻譜分析器在“零檔”模式讀取輸入或輸出耦合器的耦合路徑上的絕對(duì)功率,。這樣就有可能確定通向頻譜分析器的輸入輸出路徑上的衰減。稱(chēng)這些值為將來(lái)參數(shù)的“IN_OFFSET”和“OUT_OFFSET”,。

確定所有參數(shù)以便DUT的電流消耗不會(huì)偏離靜態(tài)電流,，從而確保穩(wěn)定的熱反應(yīng)。信號(hào)發(fā)生器通過(guò)選擇模擬調(diào)制清單上的脈沖可選項(xiàng)轉(zhuǎn)換為脈沖模式,。在掃描清單中,，選擇功率掃描模式。開(kāi)始等級(jí)被設(shè)置為-20dBm,，停止等級(jí)設(shè)置為0dBm,。0.2dB的步長(zhǎng)可有101個(gè)測(cè)量點(diǎn)。必須小心選擇停頓時(shí)間,。如果選擇的值太小,，在功率掃描期間可能出現(xiàn)的瞬變會(huì)導(dǎo)致DUT損耗的電流與靜態(tài)電流偏離。在保持20s的適當(dāng)短暫掃描時(shí)間時(shí),，200ms的停頓時(shí)間可以忽略其影響,。同一個(gè)清單上,，標(biāo)志1被設(shè)為掃描的開(kāi)始值，即-20dBm,，由選擇“開(kāi)”狀態(tài)激活,。圖2顯示了詳細(xì)的配置序列。
正如已經(jīng)提到的一樣,，頻譜分析器在“零檔”模式下使用,。不論是分辨率帶寬還是視頻帶寬，均設(shè)為10MHz,，因?yàn)轭l譜分析器被用來(lái)測(cè)量峰值功率,。基于同樣的理由,，檢測(cè)器必須在“最大峰值”模式下設(shè)置,。選取25s的掃描時(shí)間以便獲得對(duì)屏幕的整體掃描。選擇外部觸發(fā)器的可選項(xiàng),。利用“觸發(fā)器偏差”特性將屏幕上的軌跡置于中心也是一種明智的選擇,。-2s即是合適的。圖3顯示了詳細(xì)的配置序列,。

對(duì)脈沖長(zhǎng)度和工作循環(huán)的選擇必須不干擾測(cè)試時(shí)設(shè)備的熱態(tài),，同時(shí)還必須符合頻譜分析器的響應(yīng)時(shí)間。1?s的脈沖時(shí)長(zhǎng)和1ms的循環(huán)周期會(huì)有好結(jié)果,。
這一段介紹的結(jié)果是基于對(duì)Freescale半導(dǎo)體為UMTS波段(MW4IC2230MB)設(shè)計(jì)的LDMOS電源RF集成電路的測(cè)量結(jié)果,。它具有大約30dB的微信號(hào)增益和遠(yuǎn)大于+47dBm的飽和功率。由于它的高增益,，它是有關(guān)該方法優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)完美范例,。
輸入變數(shù)衰減器最初被設(shè)置為它的最大值。DUT被連接,，頻譜分析器被連接到輸出耦合器的耦合路徑,。當(dāng)處于“清除/寫(xiě)”模式時(shí)，輸入功率斜線(xiàn)在分析器屏幕上被描繪成一個(gè)不對(duì)稱(chēng)的鋸齒形,。然后,，可變輸入衰減器被斷開(kāi)，并且將開(kāi)始出現(xiàn)DUT飽和的影響(斜線(xiàn)的頂部開(kāi)始彎曲),。衰減不斷減小直到鋸齒形的頂端被切斷,，確保達(dá)到飽和。

 

用于頻譜分析器的功能序列顯示在圖4中,。此刻,，頻譜分析器連接到輸入，且輸入功率在第二條線(xiàn)跡(線(xiàn)跡2)獲取,，并保持在“觀(guān)察”模式,。圖5中的黑色線(xiàn)跡即得,。當(dāng)在輸出再連接分析器之后，從第三條線(xiàn)跡(線(xiàn)跡3)獲得輸出功率,，同樣也保持在“觀(guān)察”模式,。通過(guò)設(shè)置“輸出偏差”值的參數(shù)等級(jí)偏差，該值在校準(zhǔn)階段被設(shè)為43.7dB,，從“線(xiàn)跡3”可以直接讀取以dBm為單位的絕對(duì)輸出功率,，圖5中的綠線(xiàn)即得。通過(guò)在鋸齒末端的平面區(qū)域安置標(biāo)記,，可以讀取如圖5中綠線(xiàn)所示的飽和功率,。MW4IC2230MB顯示+47.23dBm的飽和功率。

功能序列
用于頻譜分析器的功能序列顯示在圖6中,。線(xiàn)跡1設(shè)定為計(jì)算“線(xiàn)跡1”減去“線(xiàn)跡2”,，后者包含了輸入功率。這樣,，新獲取的輸出功率將提供一個(gè)以dB為單位的增益圖,。“線(xiàn)跡位置”特征被用作獲得直接讀取以dB為單位的絕對(duì)增益的一個(gè)偏差。線(xiàn)跡偏差被設(shè)置為“輸出偏差”減去“輸入偏差”,。這種情況下,，“輸入偏差”在校準(zhǔn)階段被確定為30.7dB，結(jié)果得到偏差值為13dB,。該值不能直接作為以dBm為單位的偏差值加入,，因?yàn)?ldquo;線(xiàn)跡位置”清單只接受作為Y刻度百分比的輸入。旋轉(zhuǎn)鈕用來(lái)獲取與13dB偏差值相對(duì)應(yīng)的正確百分比,。圖7中的藍(lán)線(xiàn)即為所得,。

增益(藍(lán)線(xiàn))和輸出功率(紅線(xiàn))被同時(shí)繪制，且每個(gè)圖都被“校準(zhǔn)”,，也就是說(shuō)，標(biāo)記讀取值就是絕對(duì)值,。標(biāo)記1設(shè)置在藍(lán)線(xiàn)上的微信號(hào)增益上,，測(cè)量值為29.8dB。該標(biāo)記被用作“變量增量標(biāo)記”的參數(shù),。還是增量曲線(xiàn),，一個(gè)標(biāo)記被用于“變量增量標(biāo)記”模式以確定1dB壓縮級(jí)(標(biāo)記2)，另一個(gè)以確定3dB壓縮級(jí)(標(biāo)記3),。當(dāng)挑選功率線(xiàn)跡后,，第四個(gè)標(biāo)記(綠線(xiàn)上的標(biāo)記4)被設(shè)為與標(biāo)記2或者標(biāo)記3同樣的橫坐標(biāo)，以便直接讀取在1或3dB壓縮級(jí)上的輸出功率,。在該例中,，可獲得+45.74dBm的1-dB壓縮級(jí)和+46.69dBm的3dB壓縮級(jí),。在脈沖條件下進(jìn)行功率測(cè)量的方法允許在高功率RF晶體管和RF集成電路中被快速和方便地執(zhí)行，消除了以往方法的局限性,。