一种半导体功率放大AMAM或AMPM同步测试方法及系统与流程

本发明涉及半导体测试，特别涉及一种半导体功率放大amam或ampm同步测试方法及系统。

背景技术：

1、射频功率放大器是无线通信发射链路核心器件，amam、ampm特性直接表征功放幅度压缩、相位非线性失真，是芯片设计、性能验证、量产测试核心指标。

2、amam（幅度对幅度）测试：amam测试旨在测量功率放大器的输入信号幅度与输出信号幅度之间的关系。它帮助我们了解输入信号幅度变化时，功率放大器的输出幅度如何变化。amam测试提供了关于功率放大器幅度响应中的非线性特性的信息。

3、在amam测试中，我们会将一系列幅度变化的输入信号施加到功率放大器上，并测量相应的输出信号幅度。然后，我们会绘制输入与输出的关系曲线，以分析功率放大器的增益压缩和其他非线性效应。这有助于了解功率放大器的失真特性和线性度。

4、ampm（幅度对相位）测试：ampm测试旨在测量功率放大器的输入信号幅度与输出信号相位之间的关系。它关注的是功率放大器在输入幅度变化时输出相位的变化。ampm测试对分析功率放大器引入的非线性相位失真非常重要。

5、类似于amam测试，ampm测试同样施加一系列幅度变化的输入信号到功率放大器上。然而，不同的是，我们测量的是输出信号的相位而不是幅度。然后，我们将绘制输入与输出的相位关系曲线，以评估功率放大器的相位失真和非线性特性。

6、然而，目前行业内主流测试方案分为两类：矢量网络分析仪（ena/vna）测试、矢量信号源+频谱分析仪（pxi vsa）iq采集测试。

7、矢量网络分析仪作为传统测试设备，依靠单频点连续功率扫描完成amam/ampm曲线绘制，但存在根本性缺陷：网络分析仪功率扫描流程耗时较长，待测功放持续接收射频激励，芯片晶体管持续导通累积直流功耗，管芯温度随测试时序持续上升。半导体晶体管阈值电压、导通电阻、跨导均具备强温度依赖性，同等输入射频功率条件下，高温状态增益相较常温仿真模型下降1~3db，相位偏移5°~15°；高低功率扫描区间功耗差异大，低功率区间芯片发热轻微，高饱和功率区间温升显著，最终测得amam曲线饱和拐点偏移、ampm曲线整体倾斜，实测数据与常温电路仿真曲线无法拟合，工程师无法准确判断功放固有非线性性能，极易出现设计指标误判。同时矢量网络分析仪校准仅针对单点固定功率，宽功率扫描区间线缆、衰减器幅相损耗非线性误差无法统一消除，进一步放大测试偏差。

8、第二类主流方案为iq采集式测试，即软件生成阶梯幅度iq波形下发矢量信号源激励功放，频谱分析仪同步捕获输出iq数据，解调后计算增益、相位绘制amam/ampm曲线。该方案相比矢量网络分析仪缩短单次扫描时长，但仍未解决功放发热漂移核心痛点：即便缩短波形时长，连续8ms完整功率扫描周期内，功放管芯温度仍持续爬升，波形前段与后段同一输入功率对应的增益、相位存在明显离散，多次复测曲线重复性差。

9、现有 申请号202310982625.1中公开的技术方案，其仅限定波形固定时长、固定功率步进、iq分段均值算法，仅对采集数据做基础数学平滑，未触及功放温升带来的系统性漂移误差。

10、现有少量功放温度补偿方案集中于片上偏置温补电路，即在功放芯片内部增加热敏电阻、有源偏置网络，通过硬件电路实时调整静态工作点抵消温度影响；该类方案仅适用于芯片设计阶段电路优化，无法应用于成品功放外部测试场景，测试设备端无法通过硬件偏置改变待测芯片内部电路。另有文献提出恒温箱整体控温测试方案，将功放置于25℃恒温腔体内扫描，但恒温设备采购、维护成本高，批量测试流程繁琐，无法适配实验室常规快速验证、产线批量检测场景，同时恒温箱热交换存在滞后，动态功率扫描时仍存在瞬时温升误差。

11、综上，现有功放amam/ampm测试技术存在四大短板：1、无测试端实时热漂移修正机制，连续扫描温升导致增益、相位时序漂移；2、传统恒温方案成本高、测试效率低；3、现有iq测试架构仅处理射频iq，未关联功放直流功耗热电耦合关系；4、测试曲线与常温仿真模型偏差大，测试重复性、精度不足。行业亟需一种依托现有pxi仪器、无需额外温控硬件、通过直流功耗与射频幅相耦合建模实时消除热漂移的高精度amam/ampm测试补偿方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的功放连续功率扫描发热导致amam/ampm测试曲线漂移、与常温仿真模型不匹配、恒温测试成本高、传统iq测试无热电耦合补偿的缺陷，本发明提供一种半导体功率放大amam或ampm同步测试方法及系统，同步采集射频iq数据流与功放直流供电电压、电流，建立功耗-增益、功耗-相位线性耦合修正模型，实时剥离温升引入的附加失真，还原25℃常温下功放本征amam、ampm特性，无需恒温设备，复用实验室现有pxi vxt矢量信号源、smu源测单元、pxi频谱仪，大幅提升测试精度与曲线仿真拟合度。

2、为了实现上述目的，第一方面，本技术提供了一种半导体功率放大amam或ampm同步测试方法，包括以下步骤：

3、s1、射频链路损耗预校准，控制射频开关切换至直通校准通路，将预生成的全功率扫描iq波形按时序n逐点输出波形，采集对应时序下理论输入iq以及无源链路输出iq，基于理论输入iq以及无源链路输出iq生成输入幅度对应的链路幅度损耗查表以及链路相位偏移查表；

4、s2、控制射频开关切换至dut测试通路，生成iq测试波形，波形帧头内置marker同步序列，将波形下载至vxt矢量信号发生器；

5、s3、将生成的iq测试波形按时序n逐点输出波形，采集对应时序下测试输入iq、测试输出iq、供电电压以及电流；

6、s4、数据处理，基于测试输入iq以及测试输出iq分别计算原始输入幅度、原始输出幅度、原始输入相位、原始输出相位，真实输入幅度与原始输入幅度相同，通过链路幅度损耗查表以及链路相位偏移查表获取真实输入幅度对应的幅度损耗以及相位偏移，根据原始输出幅度以及幅度损耗计算真实输出幅度，根据原始输入相位、原始输出相位以及相位偏移计算链路补偿相位差，根据真实输入幅度与真实输出幅度计算原始增益，根据供电电压以及电流计算瞬时直流功耗，根据瞬时直流功耗、原始增益以及功耗增益漂移系数计算热漂移增益，根据瞬时直流功耗、链路补偿相位差以及功耗相位漂移系数计算热漂移相位差；

7、s5、对同一功率下多个时序获取的热漂移增益以及热漂移相位差进行加权求和取平均计算得到该功率点下的平均增益以及平均相位偏差；

8、s6、将波形中上升升温周期以及下降回扫周期数据分离，分别以功率为横坐标、平均增益为纵坐标绘制amam曲线，分别以功率为横坐标、平均相位偏差为纵坐标绘制ampm曲线。

9、可选地，所述预生成的全功率扫描iq波形以及iq测试波形，两者波形总长均为8ms，均包含4ms幅度平滑上升升温段以及4ms幅度平滑下降回扫段，覆盖0-40db功率区间且0.1db精细步进，波形帧头内置marker同步序列，封装后下发至vxt矢量信号发生器内存待机回放。

10、可选地，所述将预生成的全功率扫描iq波形按时序n逐点输出波形，采集对应时序下理论输入iq以及无源链路输出iq包括将预生成的全功率扫描iq波形提前下发存储至vxt内存；上位机驱动vxt波形回放与频谱iq采集；vxt自时序n=0起逐点读取波形内理论iq采样值，完成射频输出，并同步向上位机传输对应时序的理论iq采样值；频谱分析仪同步对直通无源链路射频信号下变频、adc采样，生成带相同时序编号n的实测输出iq采样值，；且利用波形帧头marker序列互相关校准两路数据流时序偏移，实现每个时序n下理论输入iq与无源链路输出iq一一匹配，并对同一功率下多个时序理论iq采样值以及实测输出iq采样值进行均值计算分别得到理论输入iq为，，无源链路输出iq为，。

11、可选地，所述基于理论输入iq以及无源链路输出iq生成输入幅度对应的链路幅度损耗查表以及链路相位偏移查表包括对于每个功率逐点计算输入幅度、输出幅度、输入相位、输出相位，基于输入幅度以及输出幅度计算幅度损耗，基于输入相位以及输出相位计算相位偏移，分别生成链路幅度损耗查表（，）以及链路相位偏移查表（，）。

12、可选地，所述热漂移增益，所述热漂移相位差，其中为时序n对应的原始增益，为功耗增益漂移系数，为瞬时直流功耗，为功耗相位漂移系数，为真实输入幅度，为链路补偿相位差。

13、可选地，所述原始增益，其中，为真实输入幅度，，，为真实输出幅度，为链路幅度损耗查表中真实输入幅度对应的幅度损耗。

14、可选地，所述链路补偿相位差，为链路相位偏移查表中真实输入幅度对应的相位偏移，，其中为原始输入相位，=，为原始输出相位，=。

15、可选地，瞬时直流功耗，其中为对应时序n时刻功放供电电压，为对应时序n时刻功放供电电流。

16、可选地，步骤s5中，在进行加权求和取平均之前进行相位解卷绕处理，其处理逻辑为：若＞180°，按执行。

17、为了实现上述目的，第二方面，本技术提供了一种半导体功率放大amam或ampm同步测试系统，采用上述半导体功率放大amam或ampm同步测试方法进行测试。

18、本发明提供的一种半导体功率放大amam或ampm同步测试方法及系统，与现有技术相比，其有益效果为：

19、现有iq测试方案仅采集射频iq信号，无法区分功放固有非线性失真与温升附加失真，高低功率区间温升差异造成曲线拐点偏移、整体倾斜，与25℃仿真模型偏差最高可达3db增益、15°相位。本发明通过smu同步采集直流功耗建立热电耦合修正模型，逐点采样根据实时功耗抵消温升带来的增益、相位偏移，最终修正后曲线与常温仿真模型重合度提升95%以上，消除时序温升带来的系统性误差，可精准判定功放真实线性性能，避免设计误判，且与直通链路幅相损耗校准算法结合，先消除射频线缆、衰减器引入的静态系统误差，再通过热电模型消除动态温升漂移误差，双层补偿机制同时解决静态硬件损耗、动态温度漂移两类主要误差源，相较仅做链路补偿的传统方案，整体测试误差降低80%以上。