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芯片On-wafer测试解决方案: 微波功率放大(PA)芯片的增益压缩测试


  来源: 中电仪器 时间:2020-04-15 编辑:清风
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在所有射频和微波系统中几乎都要用到放大器,放大器也是通信、雷达和卫星转发系统中必不可少的单元,因此应用非常广泛。在平时的测量中,更多地关注放大器的线性参数,如增益和回波损耗,但当放大器的输入功率超过一定值后,会脱离线性增益区域使放大器接近饱和状态(即增益压缩),如图1所示,相对于线性增益下降1dB的输入(输出)功率电平称为1dB压缩点。



图1  放大器的输入输出特性


功率过大带来的增益下降、谐波增大等问题,会给系统的设计带来麻烦甚至毁灭性的破坏。放大器芯片在使用时希望工作状态在线性区,因此增益压缩测试对获取放大器的性能参数并指导设计生产很重要。

增益压缩测试系统包括3672矢量网络分析仪、探针台、探针和功率计等设备,可实现对微波放大器芯片线性参数及压缩参数的测试。通过一次测量,即可得到全部频点的压缩点,将压缩点的输入功率、输出功率及增益等信息一次显示出来。通过压缩参数和线性参数的对比,可以看出放大器在线性区和饱和区的工作状态发生了哪些改变。测试的主要参数如下:

1)S21:线性增益;

2)CompIn21:压缩点的输入功率;

3)CompOut21:压缩点的输出功率;

4)CompGain21:压缩点的增益;

5)CompS11:压缩点的输入匹配;

6)DeltaGain:压缩点的增益-线性增益。


本文设计了On-wafer测试试验,搭建基于矢量网络分析仪的增益压缩测试系统,通过对放大器芯片的测试,介绍片上测量增益压缩的基本步骤。


1、系统组成


1.1 测试系统

测试系统组成如图2所示,此系统的主要组成为:

1)3672系列矢量网络分析仪。型号3672D,频段10MHz~50GHz;

2)探针台。型号:CASCADE 12652B-6;

3)GSG探针。型号:CASCADE I67-A-GSG-150,间距150μm,2个;

4)校准片。型号:CASCADE 101-190C;

5)直流探针;

6)直流电源;

7)USB功率计探头。型号:87233连续波功率计探头,频率范围50MHz~40GHz,功率范围-60dBm~+20dBm,如图3所示。



图2  在片测试系统构成



图3  功率计探头


1.2被测器件

被测器件为放大器,有源元器件,其工作频率范围为2.6GHz~3.8GHz,电压+5V@42mA。



2、测试流程


2.1 测量设置


(1)开启矢量网络分析仪预热充分;

(2)根据增益压缩测试要求及预测试分析,在矢量网络分析仪中点击[响应]→[测量]→[测量类],选择[增益压缩],如图4所示。



图4  建立增益压缩测量对话框


设定增益压缩测试频率范围、功率范围及压缩方法等,如图5所示。其中可以设置压缩方法,支持的压缩方法有:

1)从线性增益压缩  压缩电平依据线性压缩获得;

2)从最大增益压缩  压缩电平依据最大压缩电平测得;

3)从回退点压缩  利用压缩电平和回退点找出压缩点;

4)X/Y压缩  利用特定参量(X和Y)作为标准找出压缩点;

5)饱和态压缩  与最大增益压缩相似,除了特定的压缩电平从超出电平的最大功率测量,更适合测量非单调增益的放大器。

根据预测试的结果,设定值及设置方法如表1所示。

关键词:芯片 测试 解决方案    浏览量:1428

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