使用执行特性测试的新调制失真可加快功率放大器的表征测量

功率放大器的线性度和功率效率对于5G设计的信号质量和电池寿命至关重要。但是，随着系统移向毫米波频率，用于功率放大器（PA）表征测试的传统方法面临越来越多的挑战。用于执行特性测试的新调制失真方法保证了更简单，更快和更准确的结果。

现代通信系统使用正交频分复用（OFDM）波形进行数字信号解调。但是，OFDM波形缺乏线性，会在解调过程中产生错误，从而导致信号质量问题。组成设备（例如PA）的组件的低能效也会缩短电池寿命。但是，在保持设计高效率的同时，提高PA线性度是一项挑战。由于转向毫米波（mmWave）频率和宽信号带宽，因此在5G环境中，这一挑战甚至更大，这两者都使设计人员为优化设计而需要执行的特性测试变得复杂。

行业惯例

执行PA表征的常用方法包括两个站。第一站使用矢量网络分析仪（VNA）进行基本特性测量，例如S参数，增益压缩，截点三阶（IP3）以及有时的噪声系数。第二站具有信号发生器和信号分析仪，用于生成误差矢量幅度（EVM）和相邻信道功率比（ACPR）测量，以及用于测量PA非线性的品质因数（FOM）（图1）。首先使用VNA对设备进行测试，然后将其带到另一个工作站。

图1传统上用于功率放大器表征的过程需要两个步骤，首先是使用VNA，然后是信号发生器和分析仪。

由于5G使用毫米波频谱的较高频率（称为频率范围2（FR2））和OFDM信号的较宽带宽，因此5G使PA的EVM测量比过去更加困难。例如，使用传统方法测量5G设备的EVM要求您首先使用信号发生器调制信号，该信号发生器具有针对5G新无线电（NR）的特定方案，其中包括前同步码，导频和数据。然后，您需要捕获波形，使用特定方案对其进行解调，绘制星座图，并测量理想星座图和被测星座图之间的误差，以确定EVM。

但是残留的EVM（即测试系统本身的EVM）在5G FR2情况下非常接近设备的EVM，这是因为其载波频率很宽。捕获的宽带信号包括宽带噪声。信噪比（SNR）随着带宽的增加而降低。电缆损耗和高频响应也有助于降低信号质量，并且高SNR使测试自动化变得困难。

调制失真设置

最近出现了一种新的执行PA表征的方法，该方法解决了传统方法的缺点：调制失真。调制失真设置使用VNA和信号源在单个站点中提供了所有VNA测量以及ACPR和EVM（图2）。

图2用于PA表征的调制失真设置可在单个站中提供所有表征测量。

调制失真设置的第一步是生成称为紧凑测试信号的激励信号。VNA固件选择原始波形的一部分以表示该波形的统计特性，然后使用砖墙式滤波器消除频谱泄漏。尽管它仅使用波形的一部分，但压缩测试信号的频率签名与父信号的频率签名相同。紧凑型测试信号的互补累积分布函数（CCDF）与父信号的互补累积分布函数可能略有不同，但是使用更长的测试信号会减小两者之间的差异，从而对测量速度产生轻微影响。

用紧凑的测试信号激励设备后，您可以使用频域分析来测量设备的非线性。通过同时测量输入和输出，测量是一致的。此外，矢量校正有助于最大程度地减少测量系统中的不匹配引起的误差。

在测量宽带信号时，VNA数字转换器的带宽限制使您无法一次测量整个频带。为了应对这一挑战，VNA每隔30 MHz测量一次带宽，并移动其本地频率以捕获感兴趣频带中的所有频谱。

一种称为频谱相关的技术将输出信号频谱分解为线性和失真部分，这使得计算EOM和ACPR之类的FOM成为可能。根据带内和相邻带的信道功率来计算ACPR。通过对测量结果中的带内失真频谱进行积分来计算EVM。从频域计算EVM在数学上与从时域计算EVM在数学上是相同的，这可以通过Parseval定理进行解释。

在传统设置中，信号发生器和分析仪激励设备，在时域中捕获信号，并绘制星座图以计算EVM。相比之下，调制失真设置会压缩波形，重复压缩后的测试信号，激励设备，在频域中捕获输入和输出频谱，然后将输出频谱分解为线性和失真部分，以计算EVM。

这种设置可以更简单，并且更容易准确地表征功率放大器的失真贡献，尤其是在宽带应用中。宽的系统动态范围可产生低残留EVM，而VNA校准技术可在被测设备（DUT）输入端实现高信号保真度。模块化失真可在提高测量速度的同时提供一致的测量结果。

两种方法的测量示例

让我们看一些具体的测量示例（图3）。

图3比较了同一DUT的传统（橙色）和调制失真（蓝色）方法的功率扫描测量结果，表明后者的精度有所提高。

在此测量中，我们使用传统方法（橙色）和调制失真方法（蓝色）来表征相同的DUT。仔细表征功率输出（Pout）[dBm]可以进行苹果对苹果的比较。

虽然两种方法都针对100 MHz QPSK波形提供了相同的结果，但是当PA高度失真时，在高功率区域中100 MHz 64 QAM波形的结果略有不同。这种差异是由于符号跳过导致的常见错误的结果，而符号跳过仅在使用传统方法执行解调时才会发生。

对于诸如64 QAM的密集星座图，大于QAM星座图差距的误差会导致传统设置的EVM被低估。400 MHz QPSK结果在高非线性区域也显示出相同的问题。

在较低功率区域中，调制失真方法还可以提供更好的EVM结果，其原因是VNA的低本底噪声。400 MHz 64QAM波形的测量结果相似。

图4显示了针对5G FR2 100 MHz 4CC信号的调制失真设置的其他测量示例。该设置将为每个载波计算EVM，并为整个频段计算ACPR。

图4使用调制失真方法进行的5G FR2 4CC信号测量显示了每个载波的EVM和整个频带的ACPR。

图5显示了采用调制失真方法的脉冲测量示例。通过脉冲紧凑型测试信号作为激励，您可以将测量结果与脉冲紧凑型测试信号同步，并触发SMU同步偏置电压。使用调制失真设置执行脉冲测量很容易。

图5使用调制失真方法可以轻松地对5G NR 400 MHz信号进行脉冲测量。

5G是一项复杂的技术，但不必进行PA EVM测量。调制失真设置是执行PA EVM和ACPR测量的传统方法的一种更简单易用的替代方法，具有更高的准确性。

您可以通过查看Keysight点播网络研讨会调制失真：如何为5G进行高精度EVM测量来获得有关该方法的更多信息并查看其他测量结果。

Jessy Cavazos是是德科技行业解决方案营销团队的成员。

编辑：hfy