跟蹤負載拉移方法研究

　　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。

　　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。

　　開(kāi)環(huán)負載拉移方法的缺點(diǎn)是對應每個(gè)感興趣的阻抗受控頻率有多個(gè)信號發(fā)生器，會(huì )將實(shí)際開(kāi)環(huán)系統的功能限制為單頻信號及其諧波。開(kāi)環(huán)系統在測試大功率器件時(shí)還要求大功率放大器達到理想的反射系數。然而，與閉環(huán)系統不同，這些放大器不必是線(xiàn)性的，因為用戶(hù)規定的反射系數可以通過(guò)連續軟件迭代法達到。

　　雖然機械調諧器簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，也可以處理大功率，但沒(méi)有自然的方法能克服系統中的損耗，這種損耗會(huì )限制可能達到的ΓL值。雖然開(kāi)環(huán)有源負載拉移系統調諧速度快，可以實(shí)現ΓL = 1，而且集成方便，但它們要求昂貴的頻帶受限放大器。幸運的是，一種被稱(chēng)為混合負載拉移方法的技術(shù)不僅具有無(wú)源和有源負載拉移方法的優(yōu)點(diǎn)，還能最大限度地減少兩者的缺點(diǎn)?；旌县撦d拉移指的是有源和無(wú)源調諧在同一系統中的組合。傳統的無(wú)源機械式調諧器可以用來(lái)反射基頻處的大功率信號，允許小得多的有源注入信號使用小得多的放大器克服損耗，并實(shí)現ΓL = 1。由于諧波頻率的功率電平經(jīng)常遠小于基頻信號功率，因此有源調諧可以使用價(jià)格較低的寬帶放大器實(shí)現ΓL，nf = 1的有源諧波負載拉移系統。兩種情況下的有源調諧都只要求低功率電平。

　　Maury Microwave公司與合作伙伴安杰倫科技公司及AMCAD Engineering公司提供可立即使用的開(kāi)環(huán)有源和無(wú)源-有源混合負載拉移系統，這些系統采用了安杰倫的PNA-X非線(xiàn)性矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀和Maury公司的阻抗調諧器以及ATS和IVCAD軟件平臺。AMCAD公司的系列PIV脈沖發(fā)生器增加了脈沖偏壓功能。PNA-X非線(xiàn)性VNA為有源負載拉移提供要求的a2，并提供接收器用于測量應用和發(fā)射的功率。PNA-X的頻率覆蓋范圍是10MHz至50GHz或更高，并提供靈活的測試裝置用于增加外部元件，如放大器。PNA-X通過(guò)測量目標頻率點(diǎn)的a1、b1、a2和b2波監視調諧后的阻抗，并根據要求作出校正。即使不調諧源，a1和b1知識也能用來(lái)計算DUT輸入阻抗，并確定輸出到DUT的功率。

　　混合信號有源負載拉移是Anteverta Microwave公司發(fā)明并獲得專(zhuān)利的一種形式獨特的開(kāi)環(huán)有源負載拉移，并且只能由Maury Microwave公司在其MT2000系列產(chǎn)品中提供。這種負載拉