02 是德科技 射频功率放大器测试解决方案 应用指南 丰富的测试系统方法以及模块化信号生成与分析功能, 支持应用包络跟踪和数字预失真技术的功率放大器, 实现快速且可复验的测试 概述 无线移动设备功能日益丰富, 复杂程度不断提高, 功耗同样持续增加, 因此改善电池利用率和功效的需求持续高涨 射频功率放

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1 是德科技射频功率放大器测试解决方案 应用指南

2 02 是德科技 射频功率放大器测试解决方案 应用指南 丰富的测试系统方法以及模块化信号生成与分析功能, 支持应用包络跟踪和数字预失真技术的功率放大器, 实现快速且可复验的测试 概述 无线移动设备功能日益丰富, 复杂程度不断提高, 功耗同样持续增加, 因此改善电池利用率和功效的需求持续高涨 射频功率放大器是无线设备最大的功耗元件之一, 因此包络跟踪 (ET) 和数字预失真 (DPD) 等能够提升功效的技术开始得到广泛应用 设计 表征或制造测试工程师面临的关键问题在于 : 测试包含附加功能的设备可能会增加测试成本和整体测试耗时 本篇应用指南将讨论最大限度增加测试设备利用率并加快射频放大器和前端模块等元器件测试速度的方法 问题 工程师希望加快从设计验证到生产测试整个流程的测试速度 射频功率放大器支持多个模式 频率范围以及调制制式, 因此验证阶段需要更全面的测试, 数以千计的测试项目也并不罕见 射频功率放大器生产测试阶段, 制造商必须面临速度 可复验性 成本 可维修性和可升级性等问题, 平衡速度和可复验性是最棘手的挑战之一 测试速度增加通常意味着可复验性降低 平衡速度与可复验性是制造商始终需要面对的挑战, 而成本和可维修性也是必须考虑的问题 由于制造商不断增加功率放大器产量以满足无线移动设备数量激增带来的需求, 加上功率放大器日益复杂, 工程师面临的测试速度挑战日趋严峻 数字预失真 (DPD) 和包络跟踪是用于改善功率放大器线性化和功效常见技术, 但这些技术无疑会增加生产阶段的测试工作量, 延长测试时间 功率放大器制造商则希望将整体测试时间从 1.5 秒缩减至 500 毫秒甚至以下, 因此不允许出现测试时间的增加 解决方案 应对功率放大器验证和制造测试挑战的关键在于如何提高测试速度并保持可复验性 如今, 制造商可以选用不同的测试系统方法来应对上述挑战 第一种方法是加快功率放大器功率伺服回路 ( 图 1) 速度 功率伺服回路实际是一个测试和调整过程 工程师设置被测器件 (DUT) 的射频输入功率电平, 然后检测被测器件 (DUT) 的射频输出 如果结果不符合技术指标要求, 工程师需要调整射频输入功率电平, 然后再次检测 重复以上过程直到获得正确的输出功率电平 只有此时, 工程师才能够开始被测器件测量 缩短上述调整过程可以帮助工程师快速开始测量, 这是加快射频功率放大器整体测试速度的关键之一 被测器件 信号发生器射频输出 开关切换 射频输入射频输入 射频输出射频输出 开关切换 信号分析仪射频输入 图 1. 测试多个被测器件的系统方框图 射频功率放大器功率伺服回路是功率放大器测试的必要条件之一, 必须在所有测试条件下执行

3 03 是德科技 射频功率放大器测试解决方案 应用指南 Keysight M9381A PXIe 是一款能够快速执行功率伺服回路的 PXI 模块化矢量信号发生器, 支持 1 MHz 至 6 GHz 的频率范围 10 μs 切换速度 高达 160 MHz 的射频调制带宽 (± 0.3 db 平坦度 ) 以及优于 ± 0.4 db 的绝对幅度精度, 能够结合快速射频调谐 基带调谐技术 列表模式和其他功能, 快速生成信号并提升效率 M9381A 采用定制信号处理 ASIC 实现数字基带功率电平调整和频率偏置, 可以同时保持幅度和相位校准精度 由于功率伺服属于非确定性过程, 工程师无法通过列表模式确定步骤一至步骤二的功率电平差异, 必须实时确定差异 并且, 功率放大器通常不在放大器的线性区域运行, 例如 3 db 的输入功率变化不能保证 3 db 的输出功率变化 PXI 的基带调谐法适用于此类情况, 能够加快调谐速度以及测试流程 应用推荐的 PXI 加速功率伺服回路方法, 工程师需要设置信号源提供要求的最大射频功率电平值, 然后使用基带功率电平调整功率电平至需要的输入电平 重复该过程, 直到输出功率符合测试要求 该方法快速且精确, 支持功率伺服快速收敛 事实上, 基带调谐技术可以在 200 μs 时间内实现高达 20 db 的幅度变化 ( 图 2), 而且适用于信号发生器带宽范围的频率偏置, 尤其适合单频段多通道测量 图 2. 使用 PXI 的功率伺服回路可以在 200 μs 内完成幅度调整

4 04 是德科技 射频功率放大器测试解决方案 应用指南 快速处理信号 准确设置功率电平后, 分析硬件取代速度和精度成为新的需求 此时,1 MHz 至 6 GHz 的 Keysight M9391A PXIe 或 9 khz 至 27 GHz 的 M9393A PXIe 高性能矢量信号分析仪 (VSA) 可以提供理想的解决方案, 两者能够凭借高达 160MHz 的分析带宽确保卓越的线性 可复验性和绝对幅度精度, 从而提高功率伺服收敛速度, 缩短功率放大器测试时间 此外,PXI VSA 结合 PXI 可以构建快速且紧凑的功率放大器测试解决方案 PXI VSA 提供两种数据采集模式用于功率测量 : 功率采集模式和 FFT( 快速傅里叶变换 ) 模式 功率采集模式需要 IQ 数据时间记录, 可以提供单一的综合功率数 此类测量耗时较短, 通常仅需要在采集时间的基础上增加约 100 μs FFT 模式中, 数据将经过硬件 FFT, 可以获得一系列 64 至 512 频谱窗口 FFT 耗时与单次功率测量相当 两个测试模式可以提供三种输入功率伺服和邻道功率比 (ACPR) 测量方法 测试时间取决于选择的方法 伺服和 ACPR 应用功率采集模式该方法应用功率采集模式执行伺服和 ACPR 测量, 可以快速提供结果 首先, 应用功率采集模式执行伺服回路通常只需要 2 或 3 个步骤即可完成收敛, 然后测得输入功率和增益 接下来测得 ACPR 最后执行 4 到 6 次测量, 以测量 2 或 3 个相邻通道 伺服应用功率采集模式,ACPR 应用 FFT 模式此方法仍然应用功率采集模式执行伺服回路, 但功率测量使用 FFT 模式 无需 4 到 6 次测量, 工程师只需单次 FFT 测量, 即可根据测量结果计算所有相邻通道的功率 该方法可以减少获得 ACPR 数据需要的测量次数, 因此能够改善测量速度 伺服和 ACPR 应用 FFT 采集模式该方法应用 FTT 采集模式执行伺服和 ACPR 测量, 因此测量功率时无需 ACPR 测量, 具有三种方法中最出色的测量速度 ( 图 3) 目标输出功率 / 预期增益 设置 输出电平 使用 VSA FFT 采集模式测量和计算被测器件 (DUT) 输出功率 输出在容限范围内? 否 是 根据 输出计算输入功率和增益 根据测量调整 基带功率偏置 是 能否调整 基带功率? 否 设置基带功率偏置为 0, 以获得被测器件的最大输出功率, 计数 (Count) 设为 -1 使用功率伺服的最近一次 FFT 计算所有通道的 ACPR 0 ms 内完成 ACPR 测量! 图 3. 使用 FFT 采集模式执行伺服和 ACPR 是目前最快速的输入功率伺服和 ACPR 测量方法

5 05 是德科技 射频功率放大器测试解决方案 应用指南 优化可复验性, 缩短测试时间 多项技术可以优化功率测量的可复验性和测试时间, 使用即时触发启动测量是其中之一 该方法支持工程师测量任意时间的波形, 无需等待外部触发, 可以加快测量速度 但是, 波形将随时间出现显著变化, 因此测量结果精度较低, 功率电平变化将增加功率和 ACPR 测量不确定度 增加测量持续时间可以改善可复验性, 但这必然会延长测试时间 另一种方法是使用外部触发启动测量 应用该方法, 工程师始终测量同一时间的波形, 可以确保测得调制信号一致, 从而改善可复验性 但该方法会增加测量时间, 因为指定时间只能测量波形的一个点, 而外部触发平均间隔时间为波形总时间的一半 事实上, 大多数波形时间内工程师不会进行测量, 导致大量的时间浪费 功率测量 功率测量功率测量功率测量功率测量功率测量功率测量功率测量 图 4. 使用短波形外部触发是优化可复验性和缩短测试时间的理想方法 缩短波形至略长于测量采集时间的长度, 并始终测量波形的同一点, 这也是一个方法 测试工程师测量波形的某个点, 等待外部触发的时间是波形总时间的一半, 但显著缩短波形可以大幅缩减等候时间, 进而改善可复验性并明显节省测量时间 ( 参见图 4) 但是, 应用该方法的关键在于避免过度缩短波形长度, 以防止遗漏接下来的触发, 进而延长测试时间 理想的波形长度应恰好大于包括测量时间和处理时间在内的整个周期 ( 参见图 5) 应用 PXI VSA 和, 在采集时间的基础上增加约 μs 即可获得最佳测试时间 功率采集 设置 功率采集 设置 功率采集 设置 功率采集 设置 图 5. 优化短波形长度时过度缩短波形长度实际会增加测试时间, 如下方图所示 波形长度应恰好略大于包括测量时间和处理时间的整个测量周期, 如上方图所示 该方法非常适合 WCDMA 和 LTE-FDD 等恒定信号, 但不适用于猝发波形 ( 例如 GSM 和 LTE- TDD) 测量猝发信号时工程师必须保持占空比 调整猝发长度略长于采集时间可以缩短测量时间, 然后停机时间可以用于计算和 PXI 设置

6 06 是德科技 射频功率放大器测试解决方案 应用指南 满足新兴技术测试需求 包络跟踪和数字预失真等新兴技术的应用日益普遍, 但新兴技术能够改善功率放大器性能, 同时也会增加制造商的测试压力 包络跟踪支持通过放大器漏极偏置跟踪输入信号包络幅度, 进而改善放大器功效 包络跟踪将小幅降低增益, 但能够改善放大器线性度, 增加峰值功率和效率 数字预失真通常用于校正高功率附加效率 (PAE) 运行导致的功率放大器非线性特征 数字预失真可以扩展增益, 提高功率放大器性能 应用包络跟踪和数字预失真等新技术必然会增加测试工作量, 这与工程师缩短测试时间的意愿相悖 了解更多关于包络跟踪和数字预失真的信息, 请参阅应用指南 CHCN 和 EN 图 8 是典型的应用包络跟踪和数字预失真技术的功率放大器表征与测试解决方案 解决方案包括波形生成软件和功率放大器包络跟踪与数字预失真测试软件, 以及射频信号和包络波形生成与被测器件 电源和 RFFE 控制硬件 此外, 解决方案还应包括配有 X 系列测量应用软件的信号分析仪以及表征功率放大器集成无源器件的矢量网络分析仪 (VNA), 以满足分析需求 N7614B Signal Studio 功率放大器测试软件 N7614B API 参考解决方案软件 SCPI X 系列测量应用软件 - 调制分析 硬件系统控制 (IVI 驱动程序 ) - 功率和频谱测量 - 波形和包络下载 - IQ 数据上载 PXI AWG SD AOU- H3354 SMU N6700B/N6782A N7624/25B Signal Studio for LTE 软件 PXI M9381A 功率放大器 ETPS VCC 双工器 PXI VSA M9393A ET/DPD 射频测量 RFFE USB DIO PXI VNA M937xA 射频功率放大器控制 S 参数 S 参数测量 图 8. 支持包络跟踪的功率放大器生产测试解决方案配置 该系统可用于配置包络跟踪的功率放大器和动态 EVM 测试, 常用于无线 LAN 来实现数据包间停机以节约功率

7 07 是德科技 射频功率放大器测试解决方案 应用指南 总结 缩短验证或制造测试时间同时保证可复验性, 这是功率放大器制造商保证生产效率的关键, 面对包络跟踪和数字预失真等新兴技术时尤其如此 结合实时信号处理 创新基带调谐技术 功率伺服和 ACPR 测量 FFT 采集, 以及外部短波形触发等技术与方法可以实现上述目标 支持基带调谐的 Keysight M9381A PXIe 能够快速生成信号以提高测试吞吐量, 搭配 M9391A 或 M9393A PXIe VSA 的高速信号分析功能, 能够为测试工程师提供快速且紧凑的完整功率放大器测试解决方案 要获得更加集约的解决方案, 可以使用 PXIe VXT 来代替 和 VSA PXIe VXT 专为快速创建解决方案和提高生产测试效率而设计, 测试时仅需占用四个插槽 它可以帮助制造商降低测试成本, 并将测试效率提高一倍以上, 而且不会增加测试系统的占地空间 对于需要不断增加数据和设备的客户, 其优势不言而喻 此外,PXI VSA 和 VXT 还可与其他测试设备和符合标准的软件相组合, 比如 Signal Studio X 系列模块化软件以及 VSA; 从而在利用包络跟踪和数字预失真技术来提升功率放大器功效时, 可以轻松执行必要的附加测试 加速无线设计和测试的强大解决方案 是德科技作为无线测试领域的领导者, 专注于最高性能的无线设备和网络设计与测试, 面向特定应用的平台经过优化, 可以适应现有和新兴标准 是德科技为工程师提供出色的研发和现场支持, 可以帮助工程师深入理解不断演进的无线行业, 加快产品开发速度 了解更多关于是德科技测试与测量产品套件的信息, 请访问 : powerofwireless 相关应用 前端模块测试 小型功率放大器测试 无线组件的快速生产测试 是德科技相关产品 M9381A PXIe M9391A PXIe VSA M9393A PXIe VSA M9420A PXIe VXT M9451A PXIe 测量加速器 M937XA PXIe 矢量网络分析仪 N6700B SMU N7614B Signal Studio 功率放大器测试软件 X 系列测量应用

8 08 是德科技 射频功率放大器测试解决方案 应用指南 mykeysight 个性化视图为您提供最适合自己的信息! AdvancedTCA Extensions for Instrumentation and Test(AXIe) 是基于 AdvancedTCA 标准的一种开放标准, 将 AdvancedTCA 标准扩展到通用测试半导体测试领域 是德科技是 AXIe 联盟的创始成员 局域网扩展仪器 (LXI) 将以太网和 Web 网络的强大优势引入测试系统中 是德科技是 LXI 联盟的创始成员 PCI 扩展仪器 (PXI) 模块化仪器提供坚固耐用 基于 PC 的高性能测量与自动化系统 3 年保修是德科技卓越的产品可靠性和广泛的 3 年保修服务完美结合, 从另一途径帮助您实现业务目标 : 增强测量信心 降低拥有成本 增强操作方便性 是德科技保证方案 5 年的周密保护以及持续的巨大预算投入, 可确保您的仪器符合规范要求, 精确的测量让您可以继续高枕无忧 是德科技公司 DEKRA 认证 ISO 9001:2008 质量管理体系 是德科技渠道合作伙伴 黄金搭档 : 是德科技的专业测量技术和丰富产品与渠道合作伙伴的便捷供货渠道完美结合 如欲获得是德科技的产品 应用和服务信息, 请与是德科技联系 如欲获得完整的产品列表, 请访问 : 是德科技客户服务热线热线电话 : 热线传真 : 电子邮件 : tm_asia@keysight.com 是德科技 ( 中国 ) 有限公司北京市朝阳区望京北路 3 号是德科技大厦电话 : 传真 : 邮编 : 是德科技 ( 成都 ) 有限公司成都市高新区南部园区天府四街 116 号电话 : 传真 : 邮编 : 是德科技香港有限公司香港北角电器道 169 号康宏汇 25 楼电话 : 传真 : 上海分公司上海市虹口区四川北路 1350 号利通广场 19 楼电话 : 传真 : 邮编 : 深圳分公司深圳市福田区福华一路 6 号免税商务大厦裙楼东 3 层 3B-8 单元电话 : 传真 : 邮编 : 广州分公司广州市天河区黄埔大道西 76 号富力盈隆广场 1307 室电话 : 传真 : 邮编 : 西安办事处西安市碑林区南关正街 88 号长安国际大厦 D 座 501 电话 : 传真 : 邮编 : 南京办事处南京市鼓楼区汉中路 2 号金陵饭店亚太商务楼 8 层电话 : 传真 : 邮编 : 苏州办事处苏州市工业园区苏华路一号世纪金融大厦 1611 室电话 : 传真 : 邮编 : 武汉办事处武汉市武昌区中南路 99 号武汉保利广场 18 楼 A 座电话 : 传真 : 邮编 : 上海 MSD 办事处上海市虹口区欧阳路 196 号 26 号楼一楼 J+H 单元电话 : 传真 : 邮编 : 本文中的产品指标和说明可不经通知而更改 Keysight Technologies, 2014 Published in USA, September 23, 2014 出版号 : CHCN