借助功率分析儀準確測量802.11ac射頻性能

有了合適的功率測量?jì)x器，可分析控制電路和射頻叢發(fā)信號之間的時(shí)序關(guān)系。因此，選擇并配置合適的測量?jì)x器，確保在設計與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，能迅速排除障礙、大幅減少所需資源，并有效降低成本。

本文將概述802.11ac標準，并解說(shuō)如何使用峰值功率分析儀(PPA)來(lái)順應802.11ac功率放大器和發(fā)射器獨特的設計和驗證測試要求。并通過(guò)測試配置圖和屏幕畫(huà)面，來(lái)加強說(shuō)明叢發(fā)功率與時(shí)間的對應關(guān)系、電源開(kāi)啟/關(guān)閉的上升與下降時(shí)間、互補累積分布函數(CCDF)、功率附加效率(PAE)，以及控制觸發(fā)延遲測量等各種測試應用。

簡(jiǎn)述802.11ac標準

802.11ac是下一代WLAN標準，目標是讓移動(dòng)設備能在低于6GHz的頻率下，用比現有的802.11n WLAN標準快三倍的速度運作。目前802.11ac標準仍處于工作草案階段，預計將在今年底或明年成為正式標準。表1列出所有802.11 WLAN標準，包括802.11ac。

802.11ac WLAN物理層，基本上是現有802.11n標準的延伸，并與802.11n標準兼容，因此未來(lái)配備802.11ac芯片的電子設備便能在目前的802.11n WLAN系統上運作。

根據8012.11ac工作草案，未來(lái)將有20、40、80和160MHz等通道帶寬可選擇，不過(guò)目前除160MHz通道帶寬是選擇性帶寬外，其他皆為強制性帶寬；也就是說(shuō)，在部署真實(shí)系統的初期階段，所有的基礎設施、芯片和終端設備，可能使用20、40和80MHz帶寬通道；至于通道分配方面，前述的帶寬可是連續或非連續帶寬，特別是80MHz通道。例如，可用兩個(gè)橫跨兩個(gè)頻率的80MHz信道，來(lái)建構一個(gè)160MHz帶寬的通信鏈路(圖1)。

圖1 802.11ac 160MHz帶寬的信道配置

峰值功率分析儀助力　802.11ac測試性能倍增

輸出功率是一項重要的802.11ac發(fā)射器性能測試指標。

測量輸出功率是必要的

在設計和開(kāi)發(fā)階段，工程師必須測量和驗證發(fā)射器的輸出功率，以符合法令規范。圖2為功率測量配置，可測量平均值、峰值與峰均功率比。為獲得準確的測量結果，須保持獲取叢發(fā)信號的穩定性?？山栌墒褂梅逯倒β史治鰞x來(lái)選擇適當的時(shí)間觸發(fā)設定，例如觸發(fā)位準、遲滯和延遲時(shí)間，以達成目標。

圖2 802.11ac發(fā)射器功率測量配置圖

功率與時(shí)間相互對應

雖然IEEE802.11ac并未規范功率與時(shí)間對應關(guān)系(PvT)PvT分析的測試要求，但是對所有無(wú)線(xiàn)標準而言，這是一項極重要的測量。舉例而言，分析802.11ac的前導碼區段(Preamble Segment)時(shí)，PvT叢發(fā)測量功能非常有用。對于封包檢測、自動(dòng)增益控制、符號定時(shí)、頻率估計，以及信道估計等作業(yè)而言，前導碼是必不可少的要素。

802.11ac在前導碼區段中有十個(gè)符號，相當于40(μs)的叢發(fā)長(cháng)度。圖3為使用PPA所測量的80MHz 802.11ac叢發(fā)信號，可使用此PPA的縮放功能或是調整時(shí)間刻度來(lái)執行前導碼叢發(fā)測量，例如平均值、峰值及峰均值等。

圖3 802.11ac 80MHz帶寬前導碼功率測量畫(huà)面

測試電源開(kāi)、關(guān)與上升/下降

此測試可分析發(fā)射器從電源完全開(kāi)啟到關(guān)閉所花費的時(shí)間，這項測試通常是在設計和驗證階段執行。此瞬時(shí)時(shí)間響應的規格不一，取決于PA設計(使用何種放大器)或其他控制電路等因素。802.11ac發(fā)射器的設計必須符合400奈秒(ns)的短暫保護間隔，換句話(huà)說(shuō)，發(fā)射器的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)間必須遠低于400ns。

如果開(kāi)啟發(fā)射器的速度太慢，最開(kāi)始的數據可能會(huì )遺失；但如關(guān)閉的速度太快，則會(huì )增加散布到相鄰通道的電源。此PPA可分析發(fā)射器和接收器的電源開(kāi)啟/關(guān)閉或上升/下降時(shí)間，如圖4和圖5所示。

圖4 電源開(kāi)啟(上升時(shí)間)

圖5 電源關(guān)閉(下降時(shí)間)

執行CCDF測量

互補累積分布函數(CCDF)測量可定義PA的特性和行為。PA通常被設計成可在高波峰因子下運作，利用CCDF，可測量時(shí)間百分比，其中叢發(fā)功率達到或超過(guò)特定功率位準。如圖6所示，CCDF軌跡圖的Y軸表示概率(百分比)，該信號功率達到或超過(guò)X軸指定的功率，單位為dB。因前導碼區段上的調變機制與數據或酬載區段不同，所以通常在叢發(fā)的前導碼區段上，對802.11ac信號執行CCDF分析。因此，前導碼上的CCDF軌跡線(xiàn)不同于資料區段的軌跡線(xiàn)。

圖6 使用峰值功率分析儀繪制802.11ac CCDF圖

圖6中后方拋物線(xiàn)是802.11ac前導碼區段的CCDF圖，前方拋物線(xiàn)是高斯線(xiàn)(Gaussian Line)，通常會(huì )開(kāi)啟高斯線(xiàn)以作為參考。同時(shí)，可繪制和分析兩個(gè)射頻(RF)通道的CCDF軌跡，在比較PA模塊的802.11ac信號輸入和輸出時(shí)，這項功能非常有用。

監測附加功率效率

發(fā)射器設計的挑戰之一是將功率放大器的效率優(yōu)化。PAE可測量PA的功率轉換效率，以確定有多少直流電源被轉換為射頻功率(即效率百分比)。下列公式1為PAE算式，PA操作類(lèi)別和所使用的主動(dòng)組件類(lèi)型會(huì )影響PAE性能，規格范圍可以從20~60秒。

圖7 附加功率效率測試配置

確認控制或觸發(fā)延遲測量

發(fā)展發(fā)射器模塊時(shí)，工程師必須確認并測量觸發(fā)或控制信號與實(shí)際的RF叢發(fā)輸出之間的延遲時(shí)間，即分析實(shí)際的RF叢發(fā)和電壓偏壓電路之間的時(shí)序關(guān)系。電壓偏壓電路包含直流電源偏壓、切換、驅動(dòng)控制，以及電壓控制振蕩器(VCO)信號。

圖8為典型的發(fā)射器功能方塊，設計重心通常集中于盡快獲得最短的時(shí)間延遲結果。PPA可分析相關(guān)控制信號的時(shí)序信息和RF叢發(fā)，并具備一項特殊功能，可自動(dòng)測量?jì)蓚€(gè)通道之間的時(shí)間延遲，且在每個(gè)信號上加注標記。

圖8 使用峰值功率分析儀

總之，為支持80MHz和可選的160MHz通道帶寬，需更強大的RF功率測量?jì)x器，PPA是能滿(mǎn)足802.11ac測試要求的最佳功率表。

PPA可用于典型的RF功率測量，如平均、峰值、峰均值和CCDF分析，還可用來(lái)分析功率放大器的功率附加效率，以及發(fā)射器模塊內負責控制信號的延遲時(shí)序信息，這是因為PPA在一個(gè)液晶顯示器(LCD)儀器中配備兩個(gè)RF信道和兩個(gè)模擬視頻信道。此外，PPA提供直覺(jué)式操作接口，能更輕松設計和驗證802.11ac功率放大器模塊和發(fā)射器。