测试手机功放相位和幅度时间变化曲线须知

放大器设计的重利用是移动通信设计工程师在开发新网络时用以尽可能地降低制造材料成本的一种常用方法。例如，为GSM和GPRS开发的同一功放(PA)也可用于EGPRS应用中。不过，与GSM和GPRS不同，EGPRS对功放的非线性很敏感，非线性会大大降低EGPRS手机的性能。开发者要在EGPRS中使用GSM功放，就必须加入校正因子来补偿放大器的非线性。这些校正因子对应于相位和幅度的时间变化曲线，它们在生产测试时也需要用来确保EGPRS手机正常发射信号。

手机制造商可通过以下两种校正方法将必要的相位和幅度时间变化曲线(PAvT)测量引入生产测试：1)使用测试设备的外部校正；2)在放大器的PCB上使用附加的元件进行内部自校正。

制造商在选择校正方法时需要权衡购买测试解决方案(或升级现有测试仪器)的最初成本和因引入附加元件而引起的材料成本以及更多的PCB空间需求。对于更在意PCB板空间和已经在生产线上使用测试仪器的制造商来说，外部校正方法提供了一种高效和性价比高的解决方案。

为了在外部进行PAvT测量，制造商需要具备高速度、高精度和也许最重要的灵活性的测试仪器，以在它们的手机逐步演进时优化功放设计。它们也需要手机芯片组供应商的专有软件，这可在与芯片组供应商签署的许可协议条款下提供。专有软件用于在手机中生成合适的测试信号和计算相应的功放校正因子。

欧洲电信标准协会(ETSI)在基于EDGE的系统中采用8状态相移键控(8PSK)调制格式，它允许实现高速数据通讯。EDGE的调制精度规范对向量功放的设计提出了挑战。这些放大器提供变化的相移和增益，不过，其内部参数非线性会在输出信号中产生明显的误差向量幅度(EVM)。

为便于理解引起误差的原因，考虑一个理想的8PSK信号(如图1)。输出信号的8个幅度/相位状态准确出现在星宿图的规定位置，这些位置沿一圆周线，互相间隔均匀，为π/4(如图2)。此外，各幅度/相位状态以与星宿图的相位原点规定的偏移量出现。在EDGE系统中，这些点一般出现在与星宿图的参考坐标角间隔为3π/8的整数倍处。

接下来考虑理想信号以其固有的非线性行为通过功放级时产生的结果。放大器功率的变化，即功率增益不同，会带来相移。放大器功率增益的变化可能带来无法达到理想输出功率的结果。这些效应在8PSK constellation图中很清楚，表现为相位轨迹不圆，相位状态没有准确位于期望点，这一现象称为极畸变(如图3)。

手机制造商通过测量PAvT，可得到一种表征幅度和相位变化的方法，该变化是由功放在宽动态范围工作时的非线性引起的。可以测量功率幅度、相位和频率的变化随发射设备功率输出变化的函数，制造商依据此测量结果，可推出控制数据表，然后依据此表预先改变幅度和控制信号，以调制末级功放。这一方法给出的调制输出信号的相位轨迹更精确。

只需要一个CW信号就可进行RF发射器幅度、相位和频率随其输出的特性分析，这一CW信号的幅度应能用简单的脉冲幅度调制来控制。使用CW信号的一个优点是随着器件性能的提升，手机制造商可使用同一技术得到器件硬件特性，而不必担心要为每一设计都提供一特殊的测试信号。第一步是产生专用测试信号，其波形能反映出所需功率随时间的变化情况；第二步是在规定时间间隔测量器件输出信号功率、相对相位和相对频率；最后，使用这些测量结果生成控制数据校正表，不论要测试的器件设计如何，都有相应的格式对应。

适合这种校正程序的测试信号的功率随时间变化关系中包含一些分立的功率级(见图4)，该轮廓线表明一个分段单调的功率——时间图，手机制造商可使用它来满足其特殊需求。需要注意的是，单调性并不是必需的。

该轮廓线的设计包括控制不同测试波形的单元，这些单元包括一定义明确的测试系统触发获取波形采样的物理事件、一参考功率值，以及用户对在每一功率级各固定、稳定和可测量段设置的采样点和其间的时间间隔。

独立步测试信号波形的典型功率脉冲的更实际描述表明，必须考虑硬件实际的特性(见图5)。注意，脉冲包的最大漂移可能出现过冲和阻尼振荡，并且在脉冲边缘附近区域的相位抖动会带来相当大的测量误差。因此，制造商必须设法在一足够宽并且稳定的测试间隔内，对每一功率级的功率、相位和频率参数进行测试。

进行PAvT测量的测试装置应能进行灵活的测量配置，即在测量中不连续级测试信号波形参数可以完整描述，测量结果容易获取。基于Agilent 8960系列测试仪器(见图6)的PAvT测量系统运行时，在被测手机和测试仪器之间没有直接通讯。两者之间的唯一物理连接是手机单元的RF输出和测试设备的RF输入/输出口之间的连接。一个中间控制器用来设置和控制测试仪器上的PAvT测量参数，以及从手机来的测试信号波形传输。

这种场合的PAvT测量对独立步测试信号波形特性要求最小。测量算法要求序列第一功率步的上升沿触发测量，即，触发波形采样过程。手机制造商可以定义可达到的波形最大功率值，这样可以对测试装置的测试硬件进行配制，达到其最佳动态范围。制造商还可进一步设定与最大功率相比多大的脉冲幅度来进行触发。这些值作为预设参数输入测试装置，控制测量时硬件信号通道的增益范围。

制造商可以用简单的远距离用户接口编程命令来设置测量间隔。采样记录期间所需测量间隔中心时间点的位置和宽度从信号测试波形获取。测量间隔宽度可变，并可任意定义次序。测量间隔中心时间参考物理触发事件，即手机发射信号前沿达到设定的触发阈值(RF RISE触发)事件。

此处说明的测量系统提供两种有用的测量结果格式。第一种是标准格式，有相对功率、相对相位、相对频率输出结果，制造商可以据此得到其所生产手机的校正因子。称为SAMPLE的第二种格式只返回手机发射波形滤波后的中频(IF)采样值，将采样值作为正交矢量单元进行分析，然后转换成电压幅度和相位的极坐标值。这种格式的结果在检查手机发射波形特性中很有用，制造商可以利用它设定合适的标准PAvT测量间隔。

PAvT测量系统也可用在自动制造测量方案中。在基于8960的例子中，使用系统提供的命令接口，使测量过程自动化。

借助一个快速和灵活的PAvT测量系统，制造商可以高效实现关键的PAvT测量，以快速地将其手机产品推向市场。同样很重要的是，即便是其手机设计在发展，他们也有了一种将测试时间和成本最小化的优化解决方案。

作者：Marc Brodeur

没搞过手机看看呵呵