射頻PA常見指標(biāo)和測試方法

在無線通信系統(tǒng)中射頻前端中的功率放大器PA是非常關(guān)鍵的器件，其主要功能是將小功率信號放大，得到一定大小的射頻輸出功率。因為無線信號在空氣中有很大的衰減，為了通信業(yè)務(wù)質(zhì)量的穩(wěn)定，這勢必就需要將已調(diào)制的信號放大到足夠大再從天線發(fā)射出去，它是無線通信系統(tǒng)的核心，決定了通信系統(tǒng)的質(zhì)量，可以說任何無線通信系統(tǒng)都少不了它。我們把它稱作射頻前端器件皇冠上的明珠，其實一點也不為過。本文將介紹射頻PA常見指標(biāo)和測試方法。

準(zhǔn)備

在準(zhǔn)備測試之前，我們有必要先準(zhǔn)備好測試所需的設(shè)備和器件，如下面的列表：

功率計

信號源

頻譜分析儀

濾波器

耦合器

衰減器

直流電源

數(shù)字波形發(fā)生器

測試或評估板

芯片若干

其他器件或設(shè)備

準(zhǔn)備好了上面的這些，我們就可以參考下面的圖示進(jìn)行搭建測試環(huán)境了。

測試環(huán)境搭建

在測試之前，我們有必要注意以下幾點：

上電之前檢查電路是否正常，避免發(fā)生短路危險以及是否有阻抗匹配問題；

在測試連接的過程中注意選擇接上正確的衰減器，避免對設(shè)備和測試芯片造成損壞；

在發(fā)射射頻信號之前，一定確定好射頻連線沒有問題；

正確設(shè)置儀器儀表的補償值；

為了測試的準(zhǔn)確性，對使用到的設(shè)備需要以同一個設(shè)備作為參考進(jìn)行校準(zhǔn)。

下面我們將和大家一起學(xué)習(xí)幾個常見的指標(biāo)的測試原理和測試方法。

最大輸出功率

GSM模式的PA通常工作在非線性區(qū)，其輸出功率Pout達(dá)到最大時，不會隨著pin的增加而增加，而是隨著vramp電壓的增加而增加。通常，這種PA芯片我們在量產(chǎn)測試中需要測試其最大輸出功率Pout max。為所有管腳提供正常電壓，再加上所需的射頻信號，調(diào)整vramp到最大，測出這時的信號大小。在GSM模式的功率測試中，需要特別注意的是我們采用12.5%的占空比進(jìn)行功率測試。通常有兩種方法可以達(dá)到所需的占空比，第一種是通過Tx Enable管腳電平波形的占空比來控制，第二種方法是通過射頻信號的波形來控制，即burst波形。

最大輸出功率

附加功率效率PAE

附加功率效率PAE指的是輸出信號功率與輸入信號功率之差與直流電源功耗的比值。通過這個指標(biāo)可以看出一個放大器在功率轉(zhuǎn)換的過程中的耗損情況。

這里需要特別注意的是輸出功率和輸入功率需要將dBm轉(zhuǎn)換成mW或W再進(jìn)行公式運算。

通過測量到的電壓，電流，輸入和輸出功率帶入上面的公式即可求出PAE。

Pin和Pout

通常，這種測試用于工作在線性區(qū)的PA，這個時候PA的pout會隨著pin的增加而增加，理論上我們一定可以通過調(diào)整pin的大小使PA的pout達(dá)到我們想要的值，這個時候的pin就是我們測的值。當(dāng)然，我們可以延伸出一種算法通過程序來測量，我們可以在測試之前給定一個小一些的pin值使這時的pout0小于目標(biāo)pout，因為PA的pin和pout是線性的，我們可以再次將pin增加pout-pout0再觀察是否達(dá)到目標(biāo)pout，如果沒有到達(dá)目標(biāo)可以再根據(jù)目標(biāo)pout和實際的pout的測量值而繼續(xù)增加或減小pin，反復(fù)幾次一般都會可以快速找到pin。

pin和pout

這里大家要注意，在調(diào)整pin的過程中，最好是從小到大進(jìn)行調(diào)整。

諧波

諧波測試，一般只需要測試2次和3次諧波即可，4次以后的諧波頻率高衰減較大，因此功率也比較小，一般不需要測試。這里需要用到一個特別的器件濾波器，之所以會用到濾波器是因為PA的輸出功率較大，即使加上衰減器對于儀器來說自身也會產(chǎn)生諧波影響PA諧波的測試，因此，在測試諧波時我們需要使用高通濾波器將載波過濾掉再進(jìn)行諧波測試，參考上面的環(huán)境連接。最后，再根據(jù)相應(yīng)頻點測出相應(yīng)的諧波，這樣測出的諧波較為準(zhǔn)確。

諧波

ACLR和ACPR

相鄰頻道泄漏比（ACLR）和鄰信道功率比（ACPR），他們其實同一個東西，他們是用來衡量鄰頻率信道中的干擾量或功率量的標(biāo)準(zhǔn)，它可以用來表征非線性程度的一個重要的指標(biāo)。

ACPR

在測試ACPR時，我們一般就需要用到帶寬信號，這里我們可以使用相應(yīng)調(diào)制方式的調(diào)制信號進(jìn)行測試。一般我們選擇左右鄰近的四個信道進(jìn)行測試即可。因為它是鄰近信道和當(dāng)前信道的比值，我們通常將其單位定為dBc。

EVM

EVM的全稱是誤差向量幅度（Error Vector Magnitude），它可以標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制信號的幅度誤差和相位誤差，是衡量信號質(zhì)量的一個重要的指標(biāo)。如下圖，它可以通過和理想信號的向量差值求得：

EVM

在測試EVM時我們也需要準(zhǔn)備好調(diào)制信號，將調(diào)制信號加到被測芯片之后，使用頻譜分析儀選擇正確的調(diào)制方式和參數(shù)進(jìn)行測試。

EVM測試

值得注意的是在測試EVM和ACLR時一定要注意合適的載波輸入功率，如果輸入功率過大就會造成線性度變差，EVM也會偏大。

近兩年來國家高度重視半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對于射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)與國外相比起步較晚，與之相比還是存在很大的差距，比如，skyworks、qorvo、Broadcom等這些國外大廠。不過，令人欣慰的是近些年射頻前端芯片也有著不錯的發(fā)展，比如，Vanchip、紫光展銳等，他們的產(chǎn)品也受到市場廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，市場占有率也較為可觀。相信在大家的努力下，一定會越來越好。