绿色无线技术:用于无线器件检测的非线性分析
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绿色无线技术:用于无线器件检测的非线性分析

2009年09月03日09:06

DMA或LTE系统中或者在具有多个通道的窄带系统中。
  闭环有源负载牵引
  图2所示的闭环架构将被测器件本身用作闭环技术的激励源。闭环有效负载牵引系统通过接收来自被测器件的信号,调制其大小和相位,并在信号被反射回被测器件之前对其进行增强来补偿任何信号损失。对被测器件产生的信号与反射回被测器件信号的比率控制允许生成Smith圆图上的任何阻抗,包括反射系数值大于1的负阻抗。
  图2  闭环、有源负载牵引测试配置
  被测器件(DUT)所产生的反射系数与任何频率下负载牵引(LP)的积需要满足GDUT·GLP?1,以保证其稳定性。为减弱两个系数间的相互作用和降低无法控制的功率增益的风险,环中引入了一个可调谐的窄带滤波器。
  对于要求高反射系数以实现最佳运行满足高功率的器件,如硅 LDMOS、砷化镓HBT或氮化镓pHEMT等,如何应对系统振荡和不受控制的功率增益是一项挑战。因此,由于器件反射系数GDUT趋近于1,所以有源环系统在接近GDUT·GLP=1的振荡条件下运行。换言之,有源环系统在任何振荡的边缘运行,且反射系数在相邻频率下的任何小的偏离都会使系统出现振荡,而不受控制的功率振荡有可能破坏被测器件和测量仪器。
  为了使有源环系统尽可能保持稳定,所要求的带通滤波器必须是窄带的,且不能将有源环系统用于带宽超过1MHz的调制信号,如W-CDMA, LTE。
  在多音(multi-tone)信号的情况下,闭环架构不支持在调制带宽上阻抗的单独控制,因为信号大小和相位控制在调制带宽上保持恒定。
  开环、有源负载牵引
  图3所示的是一种更新的非线性测量方法,即开环、有源负载牵引。该技术采用分离的信号源来激励被测器件的源或负载,从而消除了被测器件和负载牵引系统之间的任何不受控制的相互作用。这就消除了闭环技术中的功率增益的不确定性。有意思的是,开环架构甚至可以安全地用于产生大于1的反射系数。这对于功率放大驱动和主功率放大阶段间的相互作用研究很有帮助。由于开环架构具有绝对稳定性,所以它可以方便地用于测量系统。
  图 3  开环、有源负载牵引测试配置
  在实际电路设计中,有源负载牵引系统的位置比阻抗网络更远,然而通过控制由任意波形发生器(AWG)产生的信号每个频率分量的相位和大小,就可以轻易地加以补偿。由于有源负载牵引系统位于经校准的通道(由耦合器及其与采样示波器的连接构成)之外,所以无需重新校准测量系统即可对负载牵引系统进行重新配置。当任意波形发生器没有信号输出时,有源/负载牵引架构提供了一个宽带50欧姆阻抗的环境以及在系统的整个带宽上接近于零的反射系数。这一50欧姆环境仅在任意波形发生器产生的频率下变化。因此,这一负载牵引架构还消除了前面所讨论的使用无源调谐器技术时的赝象。
  有源负载牵引系统采用电子控制方式,不包括任何运动机械元件。这使它成为晶片上(on-wafer)测量的理想技术。由于负载牵引测量期间不产生机械振动,所以可最大限度地保证探头接触点的稳定性。
  任意波形发生器还能够产生脉冲信号(pulsed signal),因此支持使用开环架构进行脉冲测量。另外,任意波形发生器能够对构成脉冲信号的所有频谱分量进行精确控制,从而可以用于被反射脉冲信号对器件行为影响的研究。任意波形发生器的频率带宽始于直流频率,这意味着可以将同一负载牵引系统用于基带频率下的阻抗控制。最后,现代频率合成器能够涵盖从亚赫兹到千兆赫兹的频率范围,从而允许在基带、基波和高阶谐波频率下使用开环架构。
  目前,市面上的任意波形发生器能够在6GHz带宽范围(支持对所有频率分量的相位和大小进行控制)内生成任意信号,无论是连续波(CW)信号还是复杂的多音信号,这就涵盖了无线通信系统所使用的大范围的基波和谐波频率。
  开环方法有一些小缺点。例如,为获得所需的反射系数需要反复搜索正确的功率等级。由于存在一个基本负载牵引,在被测器件的线性区域无需进行这种反复。但是,在功率扫描期间或需要考虑谐波负载间的非线性关系时,则必须在被测器件的非线性区域进行反复运算。
  此外,在检测高功率器件时还需要额外的功率放大器来克服系统特征阻抗和最佳负载间的差异。只有在基波频率下才会出现这种情况,因为在谐波频率下不需要功率耗散。应当注意的是,大多数公司均提供窄带功率放大器。
  下一代非线性测量功能
  基于市场对绿色无线器件的需求,要求更先进的测量解决方案来帮助设计人员更快速、高效地检测非线性器件行为。开环有源负载牵引作为一种被普遍看好的新方法,具备了一系列独一无二的优点。
  原则上,这一负载牵引技术可与任何能够对器件输入和输出时出现的所有4种波形进行测量的非线性接收机结合使用。一个极具吸引力的解

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