確保手機正常發射訊號 量測功率放大器PAvT

手機製造商可透過以下兩種校驗方法，將必要的相位和振幅對應時間(PAvT)量測加入製造測試中，即使用測試設備的外部校驗或使用電路板上額外的元件的內部自我校驗。製造商可以衡量最初採購測試解決方案，或升級現有設備的成本。對應持續所需的材料成本，和內部元件的電路板空間需求，來決定該選擇何種方法。對於想要節省電路板空間，而且已經在生產線上使用測試設備的製造商來說，外部校驗不失為一個有效而經濟的方法。  

當製造商從外部執行PAvT量測時，需要一個快速、準確，以及最重要的彈性(能夠在手機設計趨於成熟時，將功率放大器的實作調整到最佳狀態)測試組件。此外還需要晶片組供應商根據授權合約所提供的專屬軟體，這個軟體主要用來讓手機產生適當的測試訊號，以及計算功率放大器的校驗係數。  

PAvT為EDGE的量測重點  

歐洲電信標準協會(ETSI)要求提供高資料速率通訊的EDGE系統採用8PSK調變格式，EDGE的調變準確度規格為向量功率放大器的設計帶來一些挑戰。這類放大器提供可變的位移和增益；但內部的參數非線性特性卻可能在輸出訊號中造成明顯的差錯向量幅度(EVM)。  

為了解錯誤的原因，請考慮理想的8PSK訊號(圖1)。輸出訊號的八種大小/相位狀態會出現在星狀圖上明確定義的位置。這些位置以π/4為間隔，沿著圓形分布(圖2)。此外，每個大小/相位狀態都會與星狀圖所定義的相位原點產生一定的偏移。在EDGE系統中，這些位置通常會出現在距離星狀圖座標參考角度3π/8個間隔的整數倍數處。  

現在試想這個理想的訊號通過帶有非線性特性的功率放大器階段時，會產生什麼效應。放大器會在不同的功率位準下產生相位位移，此即為功率增益。放大器功率增益的改變可能會導致無法達到想要的輸出功率。這些效應在8PSK星狀圖中很明顯，其相位軌道並非呈現圓形，而且相位狀態也不會正好位在預期點上，此現象稱為極性失真(圖3)。  

PAvT量測為手機製造商提供一個分析大小和相位變化的方法，這些變化是功率放大器在寬廣的動態範圍內操作時，由其非線性特性所造成。功率的大小、相位和頻率的變化，都可以當作發射裝置不同的功率輸出位準的函數來量測。根據量測結果，製造商可以得出多個控制資料表，利用這些表格即可對調變最終功率放大階段的大小和相位控制訊號進行預失真。這項技術使調變過的輸出訊號擁有一個較準確的相位軌道。  

使用CW訊號 分析射頻發射器  

將射頻發射器的大小、相位和頻率的變化當成輸出位準的函數來進行特性分析時，只須用到一個連續波(CW)訊號，該訊號的振幅可以利用簡單的脈衝振幅調變來加以控制。  

使用CW訊號的好處是當裝置的能力增加時，手機製造商可以利用相同的技術來分析裝置的硬體，而不必擔心為每個重複程序提供獨特的測試訊號。第一步必須先產生一個能顯示所要的功率對應時間特性記錄(Profile)的自訂測試訊號。下一步則是以規定的時間間隔來量測裝置輸出訊號的功率、相對相位和相對頻率。接著便可以使用這些量測結果及適合待測裝置設計的專屬格式，來產生控制資料修正表。有一類適用於此校驗程序的測試訊號便擁有功率對應時間特性記錄，該特性記錄是由一些非連續的功率步進所組成，而且會顯示分段式(Piecewise)的單調功率對應時間碼型，手機製造商可依特定需求來訂製這些碼型。須注意，單調性(Monotonicity)不一定是項需求。  

在這個特性記錄的設計中包含一些元件，主要用來控制波形中哪些部分須要量測。這些元件包括一個明確定義的實體事件(用來觸發量測系統擷取波形取樣)、一個功率位準參考，以及使用者針對每個功率步進的每個穩定和可量測部分所指定的位置和時間間隔。  

從比較真實的角度來看非連續步進測試訊號波形中典型的功率叢發時，可以發現有些真實的硬體實體特性是有必要列入考慮(圖4)。請注意，過擊和振鈴可能會出現在脈衝波封的最遠處，而相位抖動則可能在靠近脈衝邊緣的地方造成明顯的量測錯誤。因此，製造商必須在足夠穩定的量測間隔下，就每個功率步進的功率、相位和頻率參數進行特性分析。  

PAvT量測系統元件  

用來執行PAvT量測的測試組件應提供彈性的量測設定，以便能夠充分描述非連續步進測試訊號波形的參數，以及輕易取得量測結果。  

在此提到的PAvT量測，對於非連續步進測試訊號波形的特性並沒有太多要求。量測演算法預期序列中第一個功率步進的上升緣會觸發量測，亦即啟動波形取樣程序。手機製造商可以指定波形中將會出現的最大功率位準，以便測試組件的量測硬體能夠依據最佳的動態範圍進行配置。製造商還可以進一步指定要在波形中相對於最大功率位準的哪個振幅進行觸發。這些數值可以當成設定參數輸入測試組件中，以便在量測時用來控制硬體訊號路徑的增益範圍。  

製造商可以利用簡單的遠端使用者介面程式指令來指定量測間隔，整個取樣記錄中所需量測間隔的中心時間位置和寬度都可以從測試訊號的波形取得。量測間隔可能會有不同的寬度，而且可以按照任何的順序來指定。量測間隔的中心時間與實體觸發事件的時間有關，亦即手機的發射訊號前緣越過指定的觸發臨界值的時間(RF RISE觸發)。  

在此所介紹的量測系統為量測結果提供兩種實用的格式。首先，標準格式提供相對功率、相對相位和相對頻率等輸出結果，製造商可以根據這些結果得出所要生產的手機修正係數。第二種格式為樣式(SAMPLE)，只會傳回手機發射波形的濾波IF取樣。這些取樣會被當成正交向量元件來分析，然後再轉換成電壓振幅和相位極座標。採用此種格式的量測結果在檢查手機發射波形的特性上很有幫助，製造商可以利用它來為標準的PAvT量測指定適當的量測間隔。  

PAvT量測系統也可以被實作成一個自動化製造測試解決方案，使用如此快速、彈性的PAvT量測系統，製造商便能以較高的效率執行重要的PAvT量測，進而加快手機的上市。同時很重要的是，設計者將擁有一個即使在設計改變時也能調整到最佳狀態，從而減少測試時間和成本的理想解決方案。  

(本文作者為安捷倫科技無線通訊事業部產品開發工程師)  

(詳細圖表請見新通訊61期3月號)