СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2015

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2015 Быстрое тестирование УМ ВЧ с помощью нового ускорителя измерений Keysight Актуальность проблемы продления времени работы мобильных устройств от аккумулятора и повышенные скорости передачи данных подталкивают разработчиков и инженеров-метрологов на поиск новых подходов к достижению лучших характеристик линейности, полосы пропускания и КПД используемых компонентов и функциональных блоков. Одним из таких блоков является усилитель мощности высокой частоты (УМ ВЧ), который входит в число основных потребителей энергии в беспроводных устройствах и требует повышения эффективности. Другие важные проблемы проектирования и тестирования УМ связаны с тем, что появление форматов модуляции с полосой сигнала 160 МГц порождает потребность в расширении полосы пропускания усилителей мощности. И, конечно, производители вынуждены ускорять тестирование для повышения темпов выпуска продукции. Александр Чумадин (Москва) П РОБЛЕМЫ ТЕСТИРОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УМ ВЧ Усилители мощности являются важнейшими компонентами бес- проводных систем связи, причём их характерной особенностью являет- ся нелинейность. Эта нелинейность порождает нежелательное расшире- ние спектра, которое создаёт помехи в соседних каналах и может приводить к нарушению требований стандартов по внеполосному излучению. Кроме того, нелинейность становится при- чиной внутриполосных искажений, которые приводят к росту коэффи- циента битовых ошибок (BER) и сни- жают пропускную способность кана- ла связи. Высокое отношение пиковой мощ- ности к средней (PAPR) в новых фор- матах передачи OFDM означает нали- чие редких всплесков мощности, спо- собных вызывать отсечку в усилителе. Это приводит к нарушению маски спектра и повышает амплитуду векто- ра ошибки (EVM) и BER для всего сигна- ла. Зачастую разработчики решают эту проблему, намеренно используя уси- литель в режиме пониженной мощно- сти. Этот метод очень неэффективен, поскольку усилители работают обыч- но на 10% от номинальной мощности, а до 90% мощности источника питания теряется впустую. Обычно современные усилители ВЧ поддерживают несколько режимов работы, частотных диапазонов и фор- матов модуляции, что повышает число необходимых тестов. Нередко количе- ство тестов может достигать несколь- ких тысяч. Для оптимизации параме- тров усилителя и повышения его КПД могут использоваться такие новейшие технологии, как снижение пик-фактора (CFR), цифровые предыскажения (DPD) и отслеживание огибающей (ET), но они только усложняют тестирование и проектирование. Добавление в уси- литель ВЧ поддержки широкой поло- сы может потребовать пятикратного расширения полосы измерения DPD до 1 ГГц и выше, что делает измерения ещё более сложными. Тенденции повышения степени инте- грации компонентов усилителей ВЧ и модулей сопряжения (FEM) способ- ствуют повышению эффективности, одновременно обеспечивая поддерж- ку более широких диапазонов частот и форматов модуляции в одном моду- ле FEM. Другим логическим шагом на пути сокращения числа элементов вну- три мобильного устройства является встраивание в FEM источника пита- ния или модулятора, следящего за оги- бающей. Большое число банков филь- тров/дуплексеров, необходимое для поддержки широкого диапазона рабо- чих частот, тоже повышает сложность устройства и увеличивает число тестов. С ОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ РАЗРАБОТКИ И ИСПОЛНЕНИЯ ТЕСТОВ Типовое решение для тестирования усилителей ВЧ и FEM родилось в резуль- тате тесного сотрудничества произво- дителей контрольно-измерительного оборудования, их заказчиков и ведущих разработчиков усилителей ВЧ, работа- ющих над решением наиболее актуаль- ных задач тестирования. Разработан- ное компанией Keysight Technologies, производителем контрольно-измери- тельного оборудования, типовое реше- ние объединило в себе оборудование Keysight и других производителей, а также ПО с примерами испытатель- ных программ с открытым кодом, опти- мизированное для измерения характе- ристик и тестирования усилителей ВЧ и модулей FEM. Основные аппаратные элементы, как показано на структурной схеме реше- ния (см. рис. 1), включают векторные анализаторы цепей, векторные генера- торы сигналов и векторные анализато- ры сигналов компании Keysight в фор- мате PXIe, выбранные по критериям высокой производительности и пре- восходных характеристик. Основой решения является ПО создания сигна- лов Keysight Signal Studio для тестиро- вания усилителей (N7614B), которое поддерживает весь процесс испыта- ний, включая методы тестирования CFR, ET и DPD. Инженеры могут выби- рать стандартные I/Q-сигналы в Signal Studio или сигналы, созданные пользо- вателем, которые можно импортиро- вать в Signal Studio. Программа управ- ления типовым решением с открытым исходным кодом обеспечивает стро- гую синхронизацию источника сиг- нала с генератором сигналов произ- вольной формы, что позволяет достичь оптимального согласования сигна- ла ВЧ с сигналом отслеживания оги- бающей. Сокращение времени испытаний было достигнуто за счёт примене- ния в источнике и приёмнике тех- нологии ПЛИС для сокращения вре- мени регулирования, необходимо- го для достижения необходимой выходной мощности тестируемого устройства. Поскольку регуляторы мощности являются недетермини- рованными устройствами, то режим списка – распространённый метод быстрого исполнения теста – нель-