在所有射頻和微波系統(tǒng)中幾乎都要用到放大器，放大器也是通信、雷達(dá)和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)中必不可少的單元，因此應(yīng)用非常廣泛。在平時(shí)的測(cè)量中，更多地關(guān)注放大器的線性參數(shù)，如增益和回波損耗，但當(dāng)放大器的輸入功率超過一定值后，會(huì)脫離線性增益區(qū)域使放大器接近飽和狀態(tài)（即增益壓縮），如圖1所示，相對(duì)于線性增益下降1dB的輸入（輸出）功率電平稱為1dB壓縮點(diǎn)。

圖1  放大器的輸入輸出特性

功率過大帶來的增益下降、諧波增大等問題，會(huì)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來麻煩甚至毀滅性的破壞。放大器芯片在使用時(shí)希望工作狀態(tài)在線性區(qū)，因此增益壓縮測(cè)試對(duì)獲取放大器的性能參數(shù)并指導(dǎo)設(shè)計(jì)生產(chǎn)很重要。

增益壓縮測(cè)試系統(tǒng)包括3672矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、探針臺(tái)、探針和功率計(jì)等設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)微波放大器芯片線性參數(shù)及壓縮參數(shù)的測(cè)試。通過一次測(cè)量，即可得到全部頻點(diǎn)的壓縮點(diǎn)，將壓縮點(diǎn)的輸入功率、輸出功率及增益等信息一次顯示出來。通過壓縮參數(shù)和線性參數(shù)的對(duì)比，可以看出放大器在線性區(qū)和飽和區(qū)的工作狀態(tài)發(fā)生了哪些改變。測(cè)試的主要參數(shù)如下：

1）S21：線性增益；

2）CompIn21：壓縮點(diǎn)的輸入功率；

3）CompOut21：壓縮點(diǎn)的輸出功率；

4）CompGain21：壓縮點(diǎn)的增益；

5）CompS11：壓縮點(diǎn)的輸入匹配；

6）DeltaGain：壓縮點(diǎn)的增益-線性增益。

本文設(shè)計(jì)了On-wafer測(cè)試試驗(yàn)，搭建基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的增益壓縮測(cè)試系統(tǒng)，通過對(duì)放大器芯片的測(cè)試，介紹片上測(cè)量增益壓縮的基本步驟。

1、系統(tǒng)組成

1.1 測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)組成如圖2所示，此系統(tǒng)的主要組成為：

1）3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。型號(hào)3672D，頻段10MHz~50GHz；

2）探針臺(tái)。型號(hào)：CASCADE 12652B-6；

3）GSG探針。型號(hào)：CASCADE I67-A-GSG-150，間距150μm，2個(gè)；

4）校準(zhǔn)片。型號(hào)：CASCADE 101-190C；

5）直流探針；

6）直流電源；

7）USB功率計(jì)探頭。型號(hào)：87233連續(xù)波功率計(jì)探頭，頻率范圍50MHz~40GHz，功率范圍-60dBm~+20dBm，如圖3所示。

圖2  在片測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成

圖3  功率計(jì)探頭

1.2被測(cè)器件

被測(cè)器件為放大器，有源元器件，其工作頻率范圍為2.6GHz~3.8GHz，電壓+5V@42mA。

2、測(cè)試流程

2.1 測(cè)量設(shè)置

（1）開啟矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀預(yù)熱充分；

（2）根據(jù)增益壓縮測(cè)試要求及預(yù)測(cè)試分析，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中點(diǎn)擊[響應(yīng)]→[測(cè)量]→[測(cè)量類]，選擇[增益壓縮]，如圖4所示。

圖4  建立增益壓縮測(cè)量對(duì)話框

設(shè)定增益壓縮測(cè)試頻率范圍、功率范圍及壓縮方法等，如圖5所示。其中可以設(shè)置壓縮方法，支持的壓縮方法有：

1）從線性增益壓縮  壓縮電平依據(jù)線性壓縮獲得；

2）從最大增益壓縮  壓縮電平依據(jù)最大壓縮電平測(cè)得；

3）從回退點(diǎn)壓縮  利用壓縮電平和回退點(diǎn)找出壓縮點(diǎn)；

4）X/Y壓縮  利用特定參量（X和Y）作為標(biāo)準(zhǔn)找出壓縮點(diǎn)；

5）飽和態(tài)壓縮  與最大增益壓縮相似，除了特定的壓縮電平從超出電平的最大功率測(cè)量，更適合測(cè)量非單調(diào)增益的放大器。

根據(jù)預(yù)測(cè)試的結(jié)果，設(shè)定值及設(shè)置方法如表1所示。