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、雷達和衛(wèi)星轉發(fā)系統(tǒng)中必不可少的單元，因此應用非常廣泛。在平時的測量中，更多地關注放大器的線性參數(shù)，如增益和回波損耗，但當放大器的輸入功率超過一定值后，會脫離線性增益區(qū)域使放大器接近飽和狀態(tài)（即增益壓縮），如圖1所示，相對于線性增益下降1dB的輸入（輸出）功率電平稱為1dB壓縮點。

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，會給系統(tǒng)的設計帶來麻煩甚至毀滅性的破壞。放大器芯片在使用時希望工作狀態(tài)在線性區(qū)，因此增益壓縮測試對獲取放大器的性能參數(shù)并指導設計生產很重要。

增益壓縮測試系統(tǒng)包括3672矢量網絡分析儀、探針臺、探針和功率計等設備，可實現(xiàn)對微波放大器芯片線性參數(shù)及壓縮參數(shù)的測試。通過一次測量，即可得到全部頻點的壓縮點，將壓縮點的輸入功率、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。測試的主要參數(shù)如下：

1）S21：線性增益；

2）CompIn21：壓縮點的輸入功率；

3）CompOut21：壓縮點的輸出功率；

4）CompGain21：壓縮點的增益；

5）CompS11：壓縮點的輸入匹配；

6）DeltaGain：壓縮點的增益-線性增益。

本文設計了On-wafer測試試驗，搭建基于矢量網絡分析儀的增益壓縮測試系統(tǒng)，通過對放大器芯片的測試，介紹片上測量增益壓縮的基本步驟。

1、系統(tǒng)組成

1.1 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)組成如圖2所示，此系統(tǒng)的主要組成為：

1）3672系列矢量網絡分析儀。型號3672D，頻段10MHz~50GHz；

2）探針臺。型號：CASCADE 12652B-6；

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

4）校準片。型號：CASCADE 101-190C；

5）直流探針；

6）直流電源；

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

圖2  在片測試系統(tǒng)構成

圖3  功率計探頭

1.2被測器件

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

2、測試流程

2.1 測量設置

（1）開啟矢量網絡分析儀預熱充分；

（2）根據(jù)增益壓縮測試要求及預測試分析，在矢量網絡分析儀中點擊[響應]→[測量]→[測量類]，選擇[增益壓縮]，如圖4所示。

圖4  建立增益壓縮測量對話框

設定增益壓縮測試頻率范圍、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)最大壓縮電平測得；

3）從回退點壓縮  利用壓縮電平和回退點找出壓縮點；

4）X/Y壓縮  利用特定參量（X和Y）作為標準找出壓縮點；

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量，更適合測量非單調增益的放大器。

根據(jù)預測試的結果，設定值及設置方法如表1所示。