论文范文线性系统中跟踪载荷牵引系统的设计介绍

论文类型：论文范文

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论点：负载,信号,调谐

论文概述：

这篇论文论述了关于线性系统中跟踪负载拉移系统的设计和实现的介绍，该论文由硕博论文网职称论文中心提供。

论文正文：

前言:本文讨论了线性系统中跟踪负载牵引系统的设计与实现。论文由硕博论文网论文题目中心提供。

线性系统中跟踪负载牵引系统的设计简介
对于功率器件及其非线性特性，负载牵引系统可以提供必要的信息，以在宽频率范围内最大化功率传输和输出功率。

负载下拉技术需要研究有源器件(如功率晶体管)对源阻抗和负载阻抗变化的响应。负载转移系统提供了一种改变阻抗的方法，还可以在最佳大信号条件下表征器件。谐波负载牵引技术是基频负载牵引测量的延伸。它用于研究DUT在负载阻抗ZL、参考测试频率和一个或多个基频谐波频率组合下的响应性能。这种方法通常用于提高高压缩放大器的效率，或者降低在功率补偿状态下工作的放大器的误差矢量幅度(EVM)。

呈现给DUT的阻抗可以用几种格式表示:阻抗ZL(包括R+jX)、电压驻波比VSWR(振幅和相位的复数)和反射系数γ L(振幅和相位的复数)。把DUT想象成一个双端口设备(图1)。出现在DUT上的反射振幅γ l仅为a2/b2，或者是反射波与正向行波的比率。通式可以写成:

γx，n(fn) = ax，n(fn)/bx，n(fn)

在传统的无源机械调谐器系统中，反射是由金属检测器(也称为调谐块)的使用引起的，该金属检测器部分中断增压管道中的电场。探测器以一定的可变深度插入压力风道；探测器插入压力空气导管并中断电场越深，反射振幅γ L就越大。沿着厚膜线的长度滑动检测器将改变反射的相位。因此，通过选择适当的探测器相对于压力管道的垂直和水平位置，史密斯圆图上的任何阻抗都可以显示在DUT图上。

仅聚焦于基频阻抗的参考负载拉出调谐可以通过一个调谐检测器或多个调谐检测器的组合来实现。谐波负载牵引调谐可以通过级联或滤波配置中组合两个、三个或更多检测器来实现。

当使用无源机械调谐器时，很明显a2总是小于b2，这是因为调谐器的反射极限(不是所有的能量都能被反射)以及DUT和调谐器之间的损耗(能量在到达调谐器时已经耗散，因此减少了能够被反射的能量)。假设γ l = 1附近的谐波阻抗代表理论上的理想端接状态，使用机械调谐器时，DUT参考平面中可用的值范围应在γ l = 0.8和γ l = 0.92之间。

调制宽带信号在通信和其他系统中的日益使用对传统的负载转移系统提出了巨大的挑战。传统的负载转移系统被设计成在离散频率下工作，而宽带信号所占据的频谱通常为10MHz或更宽。诚然，负载转移系统也将在例如10兆赫兹的带宽上表现出一定的阻抗，尽管阻抗值不同于调谐的中心频率阻抗值。由于DUT和阻抗调谐器(包括检波器、电缆、箝位电路和调谐器本身)之间的相位延迟，宽带信号带宽上的阻抗可能有很大差异。这将导致误导放大器质量因子值，例如功率增加效率(PAE)和相邻信道功率比(ACPR)，并可能误导功率放大器性能结果。图2显示了相位延迟对调谐阻抗的影响。在本例中，带宽为2.58MHz的宽带信号与标准非优化负载拉出系统一起使用，导致信号带宽上的相移为3度/MHz或7.74度。对于带宽为40MHz的多通道宽带码分多址信号，相移为120度。

自20世纪70年代以来，IEEE出版物引用了主动闭环负载牵引方法。该方法使用b2的放大版本作为反射信号a2。为了实现这一目标，有必要使用耦合器或循环器来引导来自DUT的信号b2通过可变放大级电路来控制幅度和相位，并最终将信号作为a2重新注入器件。图3示出了典型闭环系统的功能框图。

与传统的机械负载拉调谐器相比，该技术具有速度快、伽马控制、集成方便等优点，特别是在晶圆测试系统中。由于系统采用电调谐方法，并且没有移动的机械部件，所以调谐过程相当快。闭环配置的放大器可以用来增加a2，以便γ1可以接近DUT参考平面中的单元1。副作用是无源器件的漏电流可能在有源闭环负载下拉系统中振荡。因此，需要更强的滤波来减少振荡的机会，因为这种振荡通常使系统接近窄带。主动方法不能解决机械负载转移系统的相位延迟问题。事实上，调谐环路长度的增加可能导致相对于DUT参考平面的相位延迟增加。商用闭环有源负载牵引系统的相移在信号带宽内为30度/MHz或77.4度。对于上述40兆赫的宽带码分多址信号，相移将为1200度。最后，在有源闭环负载拉出方法中使用高功率线性放大器可能会增加相当大的系统成本。

对公式γγL = a2/b2的仔细研究表明，分离a2和B2源没有限制。显然b2是来自设备的波，并且不能直接控制它。然而，a2不必是b2的反射信号，而是可以是新信号。开环有源负载牵引依赖外部资源将信号注入DUT输出，产生a2。一个简单的有源调谐链由信号源、可变移相器和可变增益级电路组成(图4)。内置注入信号幅度和相移控制功能的商用信号发生器非常适合有源负载拉出系统。

使用有源负载拉出技术可以简化谐波负载拉出调谐，因为多个有源调谐路径(一个频率一个)可以与多路复用器组合，以满足条件γ x，n(fn) = ax，n(fn)/bx，n(fn)。复用器中固有的任何损耗问题都可以通过每个有源调谐链路中使用的放大器轻松解决。主动开环系统的优点与闭环系统相似:快速调谐、高伽马调谐、易于与片上测量系统集成。然而，开环系统比闭环系统更有优势:没有反馈路径，所以调谐环路振荡不会发生。

开环负载转移方法的缺点是，对应于感兴趣的每个阻抗控制频率有多个信号发生器，这将实际开环系统的功能限制为单个频率信号及其谐波。开环系统还要求高功率放大器在测试高功率器件时达到理想的反射系数。然而，与闭环系统不同，这些放大器不必是线性的，因为用户指定的反射系数可以通过连续的软件迭代来实现。

虽然机械调谐器简单、便宜，并且可以处理高功率，但是没有自然的方法来克服系统中的损耗，这限制了可能的γ L值。虽然开环有源负载拉出系统调谐速度快，可实现γγγL = 1，易于集成，但它们需要昂贵的限带放大器。幸运的是，一种被称为混合负载拉出方法的技术不仅具有被动和主动负载拉出方法的优点，而且可以最小化两者的缺点。混合负载牵引指的是在同一系统中主动和被动调谐的结合。传统的无源机械调谐器可用于在基频反射高功率信号，从而允许更小的有源注入信号使用更小的放大器来克服损耗，并实现γγL = 1。由于谐波频率的功率电平往往远低于基频信号的功率，有源调谐可以实现γ l，nf = 1的有源谐波负载下拉系统，具有较低价格的宽带放大器。这两种情况下的主动调谐只需要低功率电平。

莫里微波公司及其合作伙伴安杰雷诺技术公司和美国机械工程公司提供开环主动和被动-主动混合负载牵引系统，可以立即使用。这些系统使用安杰雷诺公司的PNA-X非线性矢量网络分析仪、莫里公司的阻抗调谐器以及自动测试系统和智能体外诊断软件平台。美国机械设计研究院的粒子图像测速脉冲发生器增加了脉冲偏置功能。PNA-X非线性VNA为有源负载的拉出提供了所需的a2，并提供了用于测量所施加和传输的功率的接收器。PNA-X的频率覆盖范围为10兆赫至50千兆赫或更高，并提供灵活的测试设备，用于添加放大器等外部元件。PNA-X通过测量目标频率点的a1、b1、a2和b2波来监控调谐阻抗，并根据需要进行校正。即使电源未调谐，a1和b1知识也可用于计算DUT输入阻抗和确定DUT的功率输出。

混合信号有源负载拉出是安蒂韦塔微波公司发明并获得专利的开环有源负载拉出的独特形式，只能由莫里微波公司在其MT2000系列产品中提供。这种负载转移不使用直接频率信号合成和分析方法，而是使用上变频和下变频以及宽带模数转换器(模数转换器)和数模转换器(数模转换器)来创建和分析基带波形。由于任何波形发生器(数模转换器)的宽带特性，最高可达120兆赫兹的宽带调制信号可被创建、上变频并提交给DUT，从而允许几乎无限数量的a1、b1、a2和b2波具有目标带宽。

在混合信号方法中，可以消除由宽带调制信号的相位延迟引起的误差，因为阻抗可以不受整个信号带宽限制地合成。该系统可以将信号中的每个频率分量置于阻抗点，或者任意模式，甚至典型匹配网络的真实频率响应。图5示出了混合信号方法下的信号合成和分析过程。

首先，单频、多频或调制信号(as)被定义为频域中频率和用户定义的反射系数的函数。然后通过快速傅里叶逆变换将信号转换到时域，然后加载到基带的数模转换器中。然后，射频测试设备将输出信号从基带上变频到目标频率，并注入DUT。

其次，注入(an)波和反射(bn)波由直接耦合器采样，并由射频测试设备下变频为低中频信号，每个信号由模数转换器在时域中捕获。FFT用于将信号转换到频域，并计算测量的反射系数与调制带宽之间的关系。

第三，将测量信号中每个频率分量的反射系数与用户定义的值进行比较，然后在频域中调整原始注入信号(a1，N，a2，N)，并收敛到用户定义的值。然后，新注入的信号使用逆快速傅立叶变换转换到时域，并上传到数模转换器，以生成新的基带信号。这些信号被射频测试设备上变频到目标频率，然后发送回DUT。如在原始开环方法中一样，使用迭代过程将创建的波形与目标波形进行比较，并根据需要执行连续校正。图6示出了描述该过程的流程图。

创新的MT2000系列混合信号有源负载拉出系统提供0.4至26.5GHz的宽带能力，支持宽带调制信号从标准带宽至120MHz(可用带宽至240MHz)的负载拉出测量。

MT2000系列负载转移系统可实时进行单频测量，测试速度可超过每分钟1000个功率和阻抗负载状态。MT2000系统可以使用90个参考负载状态、扫描负载和源谐波端接以及16个功率电平来执行独立且完全受控的多维负载牵引参数扫描，并在5分钟内捕获5000多个测量点。

混合信号开环技术的优势有很多:高速单频器件特性、高伽马、为与实际通信标准兼容的调制信号提供宽带控制，并最终形成非常实用的DUT特性，而其有源特性允许测量系统方便地集成在晶片上。

与闭环技术不同，混合信号开环技术没有反馈路径，因此不会发生调谐环路振荡。与传统开环有源负载拉出方法相比，它可以实现更高的测量速度，并且不需要为每个阻抗控制频率准备单个合成器。此外，系统的开环特性使得注入放大器能够被使用到饱和功率水平，因为信号合成和分析可以识别由功率放大器引起的非线性问题，并且通过修改注入信号来自动补偿。

最后，因为有源负载牵引系统仅控制目标频率下的阻抗，所以即使对于带外频率，DUT看到的系统特性阻抗也是50ω。这可以减少使用无源负载拉出技术时可能出现的带外振荡。