射頻放大器的常見指標(biāo)和測(cè)試方法

在無(wú)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(hào)放大，得到一定大小的射頻輸出功率。

因?yàn)闊o(wú)線信號(hào)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(shì)必就需要將已調(diào)制的信號(hào)放大到足夠大再?gòu)?a target="_blank">天線發(fā)射出去，它是無(wú)線通信系統(tǒng)的核心，決定了通信系統(tǒng)的質(zhì)量，可以說(shuō)任何無(wú)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(shí)一點(diǎn)也不為過(guò)。本文將介紹射頻PA常見指標(biāo)和測(cè)試方法。

準(zhǔn)備

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

• 功率計(jì)
• 信號(hào)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(cè)試或評(píng)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(cè)試環(huán)境了。

測(cè)試環(huán)境搭建

在測(cè)試之前，我們有必要注意以下幾點(diǎn)：

• 上電之前檢查電路是否正常，避免發(fā)生短路危險(xiǎn)以及是否有阻抗匹配問(wèn)題；
• 在測(cè)試連接的過(guò)程中注意選擇接上正確的衰減器，避免對(duì)設(shè)備和測(cè)試芯片造成損壞；
• 在發(fā)射射頻信號(hào)之前，一定確定好射頻連線沒(méi)有問(wèn)題；
• 正確設(shè)置儀器儀表的補(bǔ)償值；
• 為了測(cè)試的準(zhǔn)確性，對(duì)使用到的設(shè)備需要以同一個(gè)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(gè)常見的指標(biāo)的測(cè)試原理和測(cè)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(shí)，不會(huì)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?cè)诹慨a(chǎn)測(cè)試中需要測(cè)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(hào)，調(diào)整vramp到最大，測(cè)出這時(shí)的信號(hào)大小。在GSM模式的功率測(cè)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(cè)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(guò)Tx Enable管腳電平波形的占空比來(lái)控制，第二種方法是通過(guò)射頻信號(hào)的波形來(lái)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(hào)功率與輸入信號(hào)功率之差與直流電源功耗的比值。通過(guò)這個(gè)指標(biāo)可以看出一個(gè)放大器在功率轉(zhuǎn)換的過(guò)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(yùn)算。

通過(guò)測(cè)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(cè)試用于工作在線性區(qū)的PA，這個(gè)時(shí)候PA的pout會(huì)隨著pin的增加而增加，理論上我們一定可以通過(guò)調(diào)整pin的大小使PA的pout達(dá)到我們想要的值，這個(gè)時(shí)候的pin就是我們測(cè)的值。當(dāng)然，我們可以延伸出一種算法通過(guò)程序來(lái)測(cè)量，我們可以在測(cè)試之前給定一個(gè)小一些的pin值使這時(shí)的pout0小于目標(biāo)pout，因?yàn)镻A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(méi)有到達(dá)目標(biāo)可以再根據(jù)目標(biāo)pout和實(shí)際的pout的測(cè)量值而繼續(xù)增加或減小pin，反復(fù)幾次一般都會(huì)可以快速找到pin。

pin和pout

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

諧波

諧波測(cè)試，一般只需要測(cè)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(cè)試。這里需要用到一個(gè)特別的器件濾波器，之所以會(huì)用到濾波器是因?yàn)镻A的輸出功率較大，即使加上衰減器對(duì)于儀器來(lái)說(shuō)自身也會(huì)產(chǎn)生諧波影響PA諧波的測(cè)試，因此，在測(cè)試諧波時(shí)我們需要使用高通濾波器將載波過(guò)濾掉再進(jìn)行諧波測(cè)試，參考上面的環(huán)境連接。最后，再根據(jù)相應(yīng)頻點(diǎn)測(cè)出相應(yīng)的諧波，這樣測(cè)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(shí)同一個(gè)東西，他們是用來(lái)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(lái)表征非線性程度的一個(gè)重要的指標(biāo)。

ACPR

在測(cè)試ACPR時(shí)，我們一般就需要用到帶寬信號(hào)，這里我們可以使用相應(yīng)調(diào)制方式的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。一般我們選擇左右鄰近的四個(gè)信道進(jìn)行測(cè)試即可。因?yàn)樗青徑诺篮彤?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(hào)的幅度誤差和相位誤差，是衡量信號(hào)質(zhì)量的一個(gè)重要的指標(biāo)。如下圖，它可以通過(guò)和理想信號(hào)的向量差值求得：

EVM

在測(cè)試EVM時(shí)我們也需要準(zhǔn)備好調(diào)制信號(hào)，將調(diào)制信號(hào)加到被測(cè)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(cè)試。

EVM測(cè)試

值得注意的是在測(cè)試EVM和ACLR時(shí)一定要注意合適的載波輸入功率，如果輸入功率過(guò)大就會(huì)造成線性度變差，EVM也會(huì)偏大。