基于PXI高速非线性测量系统的高级自定义模型

Customized Advanced Modeling through PXI-Based High Speed Nonlinear Measurement Systems

David Vye and Marc Vanden Bossche，美国国家仪器，美国德州奥斯汀

 器件建模，尤其是RF频率及以上的晶体管表征已经成为研发人员40多年来持续关注的重点。器件建模最初是军工航空航天行业在进行早期MMIC开发时发起的，通过弥合已知的晶体管技术（通过测量）和未知的电路性能（通过仿真）之间的空白来帮助工程师进行设计创新。在早期的设备表征和电路设计中，通过各方在表征和预测新半导体工艺的电气行为方面的独自和共同努力，测量技术、基于公式的预测建模和仿真逐渐出现。

如今，器件建模的目的仍未改变：支持基本器件开发以及为设计工程师准确地展示在真实条件下在设计网络中器件的运行行为。随着RF半导体技术的成熟，许多晶体管开发和建模技术都可以使用现有的商用交钥匙方案实现。对于需要更宽表征范围（如宽带、动态、热力）模型的新半导体技术，提高测量速度、准确性和自定义化的需求将持续增长。

器件建模

理解驱动设备表征发展的各个因素首先要从如何测量和使用数据来创建预测模型开始。最为常见的三种模型是物理模型、集约模型和行为模型。BJT和CMOS等硅器件模型通常基于半导体的物理特性。复合半导体，如GaAs和GaN的工业标准集约模型基于描述电流和电荷与所施加电压和温度的函数关系的经验公式。行为模型使用直接测量数据，通过器件对“黑匣子”表格或数据文件中捕获的特定控制激励信号的组件响应来表示器件。行为模型仅在所测量的运行条件下有效。工程师们正在积极开发这类模型，并对其加以改建，以将记忆效应纳入考虑。

集约晶体管模型广泛用于III-V半导体器件的建模，III-V半导体器件正是射频微波应用中的主要器件。集约模型从所测得的IV、准等温脉冲IV、S参数和脉冲S参数数据中提取出来，并进行负载牵引表征验证，可以将电热及阻滞效应等复杂现象考虑在内。

目前大多数PA接收的都是调制信号，比如雷达应用中的各种脉冲、电信应用中的高度调制信号。评估RF器件接收到这些大型调制信号时的动态行为非常重要。与连续波相反，阻滞效应和热效应所产生的低频和高频记忆效应必须考虑在内，才能准确地预测器件对复杂调制信号（如EVM或ACPR）的响应。

为准确预测RF（和数字调制）的非线性行为，高级集约模型和行为模型都需要大量测量数据，显著增加了完全表征某个器件和通过负载牵引验证模型花费的时间。这就需要使用快速测量系统来减少数据采集时间，使建模更具实用性。如今，基于PXI的系统所具有的快速和灵活性使得工程师能够获得器件建模、针对性设计工作以及生产测试所需的大量数据。

 模块化平台解决方案

PXI是一个基于PC的测量和自动化平台，具有体积紧凑、速度快、性价比高、适应性强且准确度高等优点，可实现许多之前仅高端且昂贵的设备才能提供的功能。NI通过与Maury Microwave、Antevertamw（已被Maury Microwave合并）、福科斯微波和Mesuro（已被福科斯微波合并）的解决方案合作来支持先进器件表征系统的开发。在开发这些负载牵引解决方案时，供应商将其专业技术与NI PXI硬件和LabVIEW等系统设计软件相结合，解决了许多耗时较长的问题以及微波功率放大器的负载牵引表征要求。

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