一、增益壓縮基本概念

作為構(gòu)成系統(tǒng)的核心器部件，放大器被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星等通信系統(tǒng)以及其他各類射頻和微波系統(tǒng)。放大器具有增益壓縮特性，其正常工作時(shí)通常位于線性區(qū)域內(nèi)，隨著輸入功率增加，放大器會(huì)趨于飽和，工作狀態(tài)由線性區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性區(qū)，產(chǎn)生增益下降、諧波增大等現(xiàn)象。

1dB壓縮點(diǎn)表示放大器增益比預(yù)期線性增益小1dB時(shí)對(duì)應(yīng)的增益壓縮點(diǎn)，P1dB,in是1dB壓縮點(diǎn)的輸入功率，P1dB,out是1dB壓縮點(diǎn)的輸出功率，如圖1所示。

圖1 放大器的增益壓縮特性及1dB壓縮點(diǎn)

二、增益壓縮測(cè)量參數(shù)

測(cè)量參數(shù)包括線性區(qū)參數(shù)和增益壓縮參數(shù)，詳見表1。

表1 測(cè)量參數(shù)列表

三、測(cè)試系統(tǒng)組成

本測(cè)試系統(tǒng)屬于9308A微波S參數(shù)及多功能參數(shù)在片測(cè)試系統(tǒng)，如圖2所示，系統(tǒng)配置包括：

微波芯片在片測(cè)試主機(jī)（Ceyear 3674L矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀）；

探針臺(tái)等測(cè)試設(shè)備：Ceyear 88602AS 12英寸半自動(dòng)探針臺(tái)、微波探針座及探針臂、67GHz微波探針、SOLT在片校準(zhǔn)片、芯片圖像顯微單元；

測(cè)試功能單元：4端口S參數(shù)測(cè)試、大動(dòng)態(tài)S參數(shù)、增益壓縮點(diǎn)測(cè)試、二維增益壓縮失真測(cè)試、在片網(wǎng)絡(luò)參數(shù)快速校準(zhǔn)功能；

測(cè)試附件：程控電源、功率探頭、偏置T、微波測(cè)試電纜、同軸連接器。

圖2 微波芯片在片測(cè)試系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)框圖

四、校準(zhǔn)和測(cè)試

系統(tǒng)校準(zhǔn)包含三個(gè)方面：第一是源輸出功率，通常使用功率探頭進(jìn)行校準(zhǔn)；第二是接收機(jī)功率，使用校準(zhǔn)后的源功率進(jìn)行校準(zhǔn)；第三是系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)誤差，根據(jù)被測(cè)芯片的工作頻段，選擇SOLT或TRL校準(zhǔn)片進(jìn)行在片校準(zhǔn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)良好的操作向?qū)?，測(cè)試時(shí)按照引導(dǎo)逐步進(jìn)行。

在片測(cè)試工程師在測(cè)試時(shí)尤其需要注意以下三個(gè)問(wèn)題：一是探針扎針?lè)€(wěn)妥可靠，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和重復(fù)性，如圖3所示；二是放大器的加電順序，先給柵極加負(fù)壓，后給漏極加電，防止燒壞被測(cè)器件；三是兼顧測(cè)試精度和速度，設(shè)置合適的中頻帶寬。

圖3 顯微鏡下的扎針圖像

五、測(cè)試結(jié)果和總結(jié)

系統(tǒng)可一次測(cè)試上述參數(shù)的所有曲線，本次將線性S參數(shù)（S11、S12、S21、S22）、增益壓縮參數(shù)（壓縮點(diǎn)輸入功率、輸出功率、增益、壓縮量）8條參數(shù)軌跡同時(shí)顯示，如圖4所示。便于讀取測(cè)量值，各條軌跡可單獨(dú)設(shè)置合理的顯示比例和參考值，并顯示在界面的正上方。

系統(tǒng)根據(jù)被測(cè)件頻率、功率、增益的測(cè)量結(jié)果生成三維視圖顯示，如圖5所示，直觀地反映被測(cè)件的增益壓縮特性。

圖4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

圖5 測(cè)試結(jié)果的三維顯示

由本實(shí)驗(yàn)可以看出，系統(tǒng)一次扎針，即可測(cè)量全部S參數(shù)和增益壓縮參數(shù)，使用方便快捷，大大提升在片測(cè)試效率。