射頻PA常見指標和測試方法

在無線通信系統中射頻前端中的功率放大器PA是非常關鍵的器件，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，為了通信業務質量的穩定，這勢必就需要將已調制的信號放大到足夠大再從天線發射出去，它是無線通信系統的核心，決定了通信系統的質量，可以說任何無線通信系統都少不了它。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常見指標和測試方法。

準備

在準備測試之前，我們有必要先準備好測試所需的設備和器件，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

數字波形發生器

測試或評估板

芯片若干

其他器件或設備

準備好了上面的這些，我們就可以參考下面的圖示進行搭建測試環境了。

測試環境搭建

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，避免對設備和測試芯片造成損壞；

在發射射頻信號之前，一定確定好射頻連線沒有問題；

正確設置儀器儀表的補償值；

為了測試的準確性，對使用到的設備需要以同一個設備作為參考進行校準。

下面我們將和大家一起學習幾個常見的指標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，其輸出功率Pout達到最大時，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%的占空比進行功率測試。通常有兩種方法可以達到所需的占空比，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。通過這個指標可以看出一個放大器在功率轉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轉換成mW或W再進行公式運算。

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整pin的大小使PA的pout達到我們想要的值，這個時候的pin就是我們測的值。當然，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再觀察是否達到目標pout，如果沒有到達目標可以再根據目標pout和實際的pout的測量值而繼續增加或減小pin，反復幾次一般都會可以快速找到pin。

pin和pout

這里大家要注意，在調整pin的過程中，最好是從小到大進行調整。

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行諧波測試，參考上面的環境連接。最后，再根據相應頻點測出相應的諧波，這樣測出的諧波較為準確。

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準，它可以用來表征非線性程度的一個重要的指標。

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調制方式的調制信號進行測試。一般我們選擇左右鄰近的四個信道進行測試即可。因為它是鄰近信道和當前信道的比值，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），它可以標準調制信號的幅度誤差和相位誤差，是衡量信號質量的一個重要的指標。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時我們也需要準備好調制信號，將調制信號加到被測芯片之后，使用頻譜分析儀選擇正確的調制方式和參數進行測試。

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體產業的發展。對于射頻前端芯片產業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展，比如，Vanchip、紫光展銳等，他們的產品也受到市場廣泛的認可和應用，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。