跟蹤負載拉移方法的演進(jìn)

　放大器設計師一直都喜歡用負載拉移系統功能為所選晶體管開(kāi)發(fā)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò )。在線(xiàn)性系統中，簡(jiǎn)單地把小信號輸入阻抗的復共軛用作源匹配網(wǎng)絡(luò )、把小信號輸出阻抗的復共軛用作負載匹配網(wǎng)絡(luò )就可以了。但針對功率器件和它們的非線(xiàn)性特性，負載拉移系統可以提供必要的信息最大限度地提高寬頻率范圍內的功率轉移和輸出功率。

　　負載拉移技術(shù)需要研究有源器件（比如功率晶體管）對源和負載阻抗變化的響應。負載拉移系統提供了改變阻抗的途徑，還能針對最佳大信號條件表征器件。諧波負載拉移技術(shù)是基頻負載拉移測量的擴展，用于研究待測器件（DUT）在負載阻抗ZL與基準測試頻率和一個(gè)或多個(gè)基頻諧波頻率組合方面的響應性能。這種方法經(jīng)常用來(lái)提高高壓縮放大器的效率，或降低工作在功率回退狀態(tài)下的放大器的誤差向量幅度（EVM）。

　　呈現給DUT的阻抗可以用好幾種格式表述：阻抗ZL（包括R+jX）、電壓駐波比VSWR（作為幅度和相位中的復數）和反射系數ΓL（作為幅度和相位中的復數）。把DUT想像成一種雙端口器件（圖1），出現在DUT上的反射幅度ΓL就只是a2/b2，或反射波和前向行波之比。通用公式可以寫(xiě)成：

　　Γx，n（fn） = ax，n（fn）/bx，n（fn）

　　在傳統的無(wú)源機械式調諧器系統中，反射產(chǎn)生的原因是由于使用金屬探測器（也稱(chēng)為調諧塊）部分中斷了壓風(fēng)管路的電場(chǎng)。探測器以某一可變的深度插入壓風(fēng)管路；探測器插入壓風(fēng)管路并中斷電場(chǎng)的深度越深，反射幅度ΓL就越大。沿著(zhù)厚膜線(xiàn)長(cháng)度滑動(dòng)探測器將改變反射的相位。因此，通過(guò)選擇相對壓風(fēng)管路合適的探測器垂直和水平位置，DUT上可以呈現Smith Chart上的任何阻抗。

　　只關(guān)注基頻阻抗的基準負載拉移調諧可以用一個(gè)調諧探測器或多個(gè)調諧探測器組合實(shí)現。諧波負載拉移調諧能夠使用級聯(lián)或濾波配置方式組合兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)探測器實(shí)現。

　　在使用無(wú)源機械調諧器時(shí)，很明顯a2總是要小于b2，原因是調諧器的反射限制（不是所有能量都可以被反射）以及DUT和調諧器之間的損耗（能量在到達調諧器時(shí)已有耗散，從而降低了可以被反射的能量值）。假設ΓL=1左右的諧波阻抗代表理論上理想的端接狀態(tài)，那么使用機械式調諧器在DUT參考平面可取得的值范圍應在ΓL=0.8和ΓL=0.92之間。

　　在通信和其它系統中越來(lái)越多地使用調制寬帶信號對傳統負載拉移系統提出了很大的挑戰。傳統負載拉移系統設計工作在離散頻率，而寬帶信號所占的頻譜段通常為10MHz或更寬。誠然，負載拉移系統也會(huì )在比如10MHz寬的帶寬上呈現一定的阻抗，雖然與調諧的中心頻率阻抗值不盡相同。在寬帶信號的帶寬上可能呈現出巨大差異的阻抗，因為包括探測器、電纜、夾具和調諧器本身在內的DUT和阻抗調諧器之間存在相位延遲。這將導致容易令人誤解的放大器品質(zhì)因數值，如功率附加效率（PAE）和相鄰通道功率比（ACPR），并導致可能令人誤解的功率放大器性能結果。圖2演示了調諧阻抗上的相位延遲效應。在這個(gè)例子中，2.58MHz帶寬的寬帶信號與標準非優(yōu)化負載拉移系統一起使用，產(chǎn)生的相移是3度/MHz或信號帶寬上的7.74度。對于具有40MHz帶寬的多通道WCDMA信號來(lái)說(shuō)，相移將為120度。

　　自從20世紀70年代后，IEEE出版物中就引用了有源閉環(huán)負載拉移方法。這種方法使用放大版的b2作為反射信號a2。為了達到這個(gè)目的，需要使用耦合器或環(huán)形器引導來(lái)自DUT的信號b2經(jīng)過(guò)可變放大級電路控制幅度和相位，最后重新將信號作為a2回注入器件。圖3顯示了典型閉環(huán)系統的功能框圖。

　　這種技術(shù)與傳統機械式負載拉移調諧器相比有多方面的優(yōu)勢，包括速度、伽瑪控制和方便集成，尤其在晶圓上的測試系統中。由于系統采用電氣調諧方式，沒(méi)有活動(dòng)的機械部件，因此調諧過(guò)程相當快速。閉環(huán)配置中的放大器可以用來(lái)增加a2，以便ΓL能夠在DUT的參考平面接近單位1。副作用是，由于無(wú)源器件的漏電流在有源閉環(huán)負載拉移系統中可能出現振蕩。因此需要采用較強的濾波來(lái)減少振蕩發(fā)生的機會(huì )，因為這種振蕩通常會(huì )使系統接近窄帶。有源方法不能解決機械式負載拉移系統的相位延遲問(wèn)題。事實(shí)上，調諧環(huán)路長(cháng)度的增加可能導致相對DUT參考平面的相位延遲增加。商用閉環(huán)有源負載拉移系統相移為30度/MHz或信號帶寬上的77.4度。對于上述40MHz的WCDMA信號來(lái)說(shuō)，相移將是1200度。最后，在有源閉環(huán)負載拉移方法中使用大功率線(xiàn)性放大器可能會(huì )增加相當多的系統成本。

　　對公式ΓL = a2/b2仔細檢查可以發(fā)現，在分離a2和b2源方面沒(méi)有限制。顯然b2是來(lái)自器件的波，對它沒(méi)有直接控制。然而，a2不需要是b2的反射信號，但完全可以是一個(gè)新的信號。開(kāi)環(huán)有源負載拉移依靠外部資源將信號注入DUT輸出，從而創(chuàng )建a2。簡(jiǎn)單的有源調諧鏈由信號源、可變移相器和可變增益級電路組成（圖4）。內置有注入信號幅度和相移控制功能的商用化信號發(fā)生器是有源負載拉移系統的理想選擇。

　　使用有源負載拉移技術(shù)可以簡(jiǎn)化諧波負載拉移調諧，因為可以用復用器合并多條有源調諧路徑，一個(gè)頻率一條，從而滿(mǎn)足條件Γx，n（fn） = ax，n（fn）/bx，n（fn）。復用器中固有的任何損耗問(wèn)題可以被每條有源調諧鏈路中使用的放大器輕松解決。有源開(kāi)環(huán)系統的好處與閉環(huán)系統類(lèi)似：快速調諧，高伽瑪調諧，方便地與晶圓上測量系統集成。但開(kāi)環(huán)系統比閉環(huán)系統有更多的優(yōu)勢：沒(méi)有反饋路徑，因此不會(huì )出現調諧環(huán)路振蕩現象。