简化附加功率效率测试

大多数附加功率效率 (PAE) 测试设置都会使用多台仪器来测量射频、电压和电流。例如，测量期间可能需要使用射频功率表或带二极管检测仪的数字示波器 (DSO)，以便确定射频功率，同时使用数字万用表 (DMM)或直流功率分析仪来测量电压和电流。某些高级测试案例还使用了 Keysight PNA-X 之类的网络分析仪。测试操作员需要通过远程程序检索测量数据，而不是直接在测试仪器上查看测量数据。正如此应用说明所述，Keysight 8990B 峰值功率分析仪 (PPA) 提供了另一种设置方案，允许在一台仪器上开展附加功率效率测试工作。

附加功率效率概述

与 S 参数、1 dB 压缩点和 IP3 等其他测量工作一样，PAE 是一种典型的功率放大器(PA) 测量操作。这些测量工作通常在集成电路 (IC) 开发阶段、故障排除、质量保证验证或生产测试期间实施。

PAE 是衡量功率放大器功率转换效率的一个指标。它以效率百分比的形式，说明有多少直流功率在功率放大器中转换为射频功率。理论上，输送给放大器的所有功率都将转换为输出功率。但事实并非如此，因为一定数量的直流功率会以发热的形式损失掉。射频功率放大器的 PAE 规格会因放大器的设计和类别不同而异。对功率放大器而言，PAE 是一个重要的性能参数，而图 1 中列出了用来确定 PAE 的等式。

图 1. PAE 等式

包络跟踪中的 PAE

PA 领域出现的一项新技术允许在设计和开发期间，跟踪传入射频信号的包络。简化的包络跟踪功率放大器框图如图 2 所示。在本质上，包络跟踪的目的是通过改变输送至射频功率放大器的直流功率，以此来优化该功率放大器的效率。可变直流电源通常会跟踪至射频源的包络。在 ET 模块设计和故障排除期间，所有射频功率和直流功率信号响应都可以在时域内查看。此测试可确保功率放大器的直流电源得到优化，并将热损失转换保持在最低水平。

图 2. 简化的 ET 功率放大器框图

8990B PPA 中的 PAE 功能

使用 8990B PPA 时，只需一台测量仪器便可以查看和测量所有射频、电压和电流。如图 3 所示，PAE 功能位于波形数学函数下。

图 3. PAE 波形数学函数

PAE 测试设置

针对 GSM/EDGE PA 集成电路 (IC) 开展 PAE 测试时的测试设置如图 4 所示。RF IN 连接至受测试 PA，而 PA 上的 RF OUT 端口则分别连接至通道 1 和 4。模拟通道 (2 和 3) 用来测量输送给受测试 PA 的直流功率。直流功率由提供给 PA 的电压和电流构成。直流电流可使用标准示波器探头或跨接已知串联电阻器的差分探头测量。操作员也可以使用直流电流钳直接测量电流。

图 4. 8990B PAE 测试设置

PAE 测量设置步骤

以下是使用 8990B PPA 获取 PAE 测量结果的简化测试步骤。在这些步骤中，[ ] 中的内容是指 8990B 上的实体按键，粗体文字是指仪器屏幕上显示的虚拟按键。

1. 打开直流电源，接通受测试的 PA。

2. 打开受测试 PA 的射频源 (RF IN)。

3. 设置 8990B PPA 以便开展测试：

a.按下 [Default Setup] 对 8990B 进行预先设置。
b.为所有相应的通道设置合适的幅度标度。仪器可对衰减损失进行补偿，方法是通过 Channel Setup > Ext Loss 输入衰减值。
c.为受测试 PA 输入通道 1 和 4 的 GSM 频率。
d.将时间标度调节至 60 sec/div，确保整个 GSM 突发脉冲序列与 8990B 屏幕相适应。所有信号都应该与 8990B 显示屏相适应，如图 5 所示。
e.启用 PAE 功能，方法是选择 Setup > Waveform Math > Power-added Efficiency 2。
f.为 PAE 功能分配相应的通道，如图 3 所示。为当前测量通道 (通道 2 或 3) 选择合适的转换系数 (Const 1 或 Const 2)。例如，如果在通道 2 上使用电流转换输出为 100 mV/A 的直流电流钳，请将 Const 2 设为 10。
g.通过选择 Average 启用所有通道测量，然后相应选择各通道 (包括在 Function 1 名称下分配的 PAE 测量)。

图 5. 显示 GSM 射频突发脉冲序列、直流电压和电流的 8990B 屏幕

8990B 上的最终显示如图 6 所示。白色迹线是根据 GSM 突发脉冲序列或射频包络信号即时计算的 PAE。操作员可通过减小时间标度设置或使用缩放功能放大 GSM 突发脉冲序列。

图 6. 显示 GSM 射频突发脉冲序列、直流电压、直流电流和 PAE (白色) 的 8990B 屏幕

PAE 与功率对比绘图

图中所示的应用示例用来对射频脉冲放大器执行瞬时 PAE 分析。对于某些测试要求，需要借助 PAE 与射频输入功率对比绘图来了解受测试 PA 的特性。在此情况下，执行自动 PAE 测试时需要使用频率扫描射频信号发生器，如 Keysight N5182A MXG 射频矢量信号发生器。典型的设置连接如图 7 所示。

图 7. 使用 8990B 和 N5182A MXG 的自动 PAE 测试设置

在本例中，8990B 的触发输出信号连接至 MXG 上的触发输入。MXG 射频模拟信号发生器上的触发输出则连接至 8990B 上的触发输入。建立起这些连接后，8990B 和 MXG 射频模拟信号发生器 便可以同步和自动执行逐级调高或调低射频功率的操作，或者扫描受测试 PA 的测量频率。通过使用远程程序上的 SCPI 代码，例如 Keysight VEE (可视化设计环境)，可以轻松获得 PAE 测量结果与工作频率或射频功率对比绘图。

结论

8990B PAE 测试设置简单明了，可供查看受测试功率放大器的瞬时射频包络和直流功率。通过远程编程及使用射频信号发生器的功率/频率扫描功能可以绘制 PAE 与功率或频率对比图。此外，8990B PPA 还具有更多有助于开展 PA 设计及测试要求的功能和能力，包括脉冲整形或者剖析脉冲宽度、脉冲上升时间、下降时间、脉冲倾斜和 CCDF 等测量结果。