CN102362189B - 测试数据信号放大器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了测试数据信号放大器的方法和装置，数据信号放大器的输出信号功率取决于多个信号功率控制参数，例如，信号增益控制和放大器偏置电流控制。

Description

测试数据信号放大器的方法和系统

技术领域

本发明涉及测试数据信号放大器的方法和系统，尤其涉及测试能够具有多个输出信号功率电平以便最小化功耗的数据信号放大器的方法和系统。 

背景技术

当代(3G)蜂窝式电话除了别的以外还提供了更快的与互联网的连接速度。这些更高连接速度是通过更复杂的调制和对精确信号功率电平的更严格要求来实现的。同时，由于这样的设备通常由电池供电，所以这些设备也需要最小化它们的功耗。 

因此，为了满足这些高性能但消耗最低的可能功率量的相互矛盾的要求，这些设备使用许多技术来最小化功耗，包括最小化射频(RF)电路中的电流消耗。一些例子包括动态地改变输出功率放大器中的偏置电流，使得偏置电流依照发射信号功率来缩放(例如，更大或更小)。可替代地或另外在一些例子中，可以使用切换DC-DC转换器来控制供应给输出功率放大器的电源电压，以便当在较低输出信号功率电平进行发射时，降低电源电压。虽然这些技术的确有助于延长电池寿命，但它们也使设备行为更难于校准，因为多个功率控制参数随着输出发射信号功率变化而变化。因此，需要更复杂的校准技术。 

这种在设备制造好之后的性能测试期间进行的校准是一个反复过程，或者基于被测设备(DUT)的行为的简单假设。前一种技术将提供用于更彻底的测试和校准，但以牺牲测试速度为代价，而后者往往将提供合理的测试结果，但不是最佳的，因为就严格的性能要求而言，基于假设的测试结果可能不够精确。 

参照图1，输出功率放大器10放大外发数据信号11a以产生要发射的放大数据信号11b。放大器10从受到偏置信号13a控制的电源12接收它的功率13b。因此，如上所述，至少可以通过控制功率放大器10的输入信号11a的电平以及电源12提供给放大器10的DC功率13b，来控制发射信号11b的功率电平。如上所述，可以通过依照偏置控制信号13a来控制它的电流或电压，来控制这个DC功率13b。 

参照图2，如上所述，RF输出功率(即，输送给天线的发射信号功率)是功率放大器10的输入信号11a的功率和提供给功率放大器10的DC功率13b的偏置设置的函数(图1)。两条曲线代表两种不同偏置设置，较低的曲线来自较低偏置设置，较高的曲线来自较高偏置设置。可以看出，在较低功率电平，输出功率与输入功率的关系是近似线性的。然而，在较高电平，功率变化在两种偏置设置之间明显不同。 

常见测试技术是分两步或更多步进行校准。第一步是在保持固定的电源电压和偏置电流的同时，改变提供给放大器10的外发信号11a的功率。第二步是在保持固定的输入信号功率和偏置电流的同时，改变电源电压。然后，第三步是在保持固定的输入信号功率和电源电压的同时，改变偏置电流。结果，根据信号功率、电源电压和偏置电流之间的观察到的关系，相对于两个或三个控制参数表征了放大器性能，其中能够从所述两个或三个控制参数中推测或推断预期性能。然而，这样的预期未来性能基于其影响基于假设从一个设备到另一个设备都一致的电源电压或偏置电流的一个测试参数。 

尽管对许多设备来说这可得出可接受的结果，但随着性能要求越来越严格，在实际操作期间不可能实现足够低的故障率，因为所表征的性能并没有精确地模拟实际性能。 

例如，在改变放大器输入信号11a的功率的同时保持恒定的偏置电流，放大器10的工作温度可能高于实际操作期间预期的工作温度，因为偏置设置有可能高于当后面跟着电池功率节约措施时使用的偏置设置。虽然可以模拟预期放大器温度，但在设备之间依然存在差异。 并且，由于在测试期间迅速实施了功率改变，放大器10的内部温度可能在这些改变期间发生变化，而在设备内的不同位置测量的系统温度因快速测试而未受到明显影响。因此，测试操作不能精确地模拟正常操作。 

发明内容

依照当前要求保护的发明，提供了测试数据信号放大器的方法和装置，所述数据信号放大器的输出信号功率取决于多个信号功率控制参数，例如，信号增益控制和放大器偏置电流控制。 

依照当前要求保护发明的一个实施例，测试输出信号功率取决于多个信号功率控制参数的数据信号放大器的方法包括： 

提供与第一控制参数相对应并具有第一组值中的第一个值的第一控制信号； 

提供与第二控制参数相对应并具有第二组值中的第一顺序子集的第二控制信号； 

向放大器提供电源电压和偏置电流，所述电源电压和偏置电流中的至少一个具有与第一和第二控制信号中的一个有关的幅度； 

向放大器提供输入数据信号，所述输入数据信号具有与第一和第二控制信号中的另一个有关的多个顺序幅度； 

由放大器提供输出数据信号，所述输出数据信号具有与第一和第二控制信号中的所述一个以及输入数据信号有关的多个顺序幅度；以及 

测量多个顺序输出数据信号幅度的每一个，接着， 

提供与第一控制参数相对应并具有第一组值中的第二个值的所述第一控制信号， 

提供与第二控制参数相对应并具有第二组值中的第二顺序子集的所述第二控制信号，以及 

重复电源电压、偏置电流、输入数据信号和输出数据信号的提供，以及多个顺序输出数据信号幅度的每一个的测量。 

依照当前要求保护发明的另一个实施例，测试输出信号功率取决于多个信号功率控制参数的数据信号放大器的系统包括： 

控制器部件，用于 

作为第一测试序列的一部分，控制下列信号的传送： 

与第一控制参数相对应并具有第一组值中的第一个值的第一控制信号， 

与第二控制参数相对应并具有第二组值中的第一顺序子集的第二控制信号， 

至放大器的电源电压和偏置电流，所述电源电压和偏置电流中的至少一个具有与第一和第二控制信号中的一个有关的幅度，以及 

至放大器的输入数据信号，所述输入数据信号具有与第一和第二控制信号中的另一个有关的多个顺序幅度，以及 

作为第二测试序列的一部分，控制下列信号的传送： 

与第一控制参数相对应并具有第一组值中的第二个值的所述第一控制信号， 

与第二控制参数相对应并具有第二组值中的第二顺序子集的所述第二控制信号， 

至放大器的电源电压和偏置电流，所述电源电压和偏置电流中的至少一个具有与第一和第二控制信号中的一个有关的幅度，以及 

至放大器的输入数据信号，所述输入数据信号具有与第一和第二控制信号中的另一个有关的多个顺序幅度；以及 

接收器部件，用于 

作为第一测试序列的一部分， 

接收来自放大器并具有与第一和第二控制信号中的一个以及输入数据信号有关的多个顺序幅度的输出数据信号，以及 

测量多个顺序输出数据信号幅度的每一个，以及 

作为第二测试序列的一部分， 

接收来自放大器并具有与第一控制信号和输入数据信号有关的多个顺序幅度的输出数据信号，以及 

测量多个顺序输出数据信号幅度的每一个。 

附图说明

图1是诸如蜂窝式电话的数据信号发射器的传统输出功率放大器级的功能方块图； 

图2是图1的放大器信号的两条输出功率与输入功率关系曲线的图； 

图3是依照当前要求保护发明的一个实施例进行测试的测试设置的功能方块图；以及 

图4A和4B例示了依照当前要求保护发明的一个实施例，在测试期间应用的功率控制参数和这种参数的变化的表格。 

具体实施方式

如下详细描述是参考附图给出的当前要求保护发明的示范性实施例。这样的描述旨在例示，而不是对本发明的范围加以限制。这样的实施例以足够详细的方式描述，以便使本领域的普通技术人员能够实践本发明，应该明白，可以不偏离本发明的精神或范围地利用一些变体实践其它实施例。 

在本公开全文中，如果从上下文中看不出明显矛盾的迹象，则应该理解为所述的各个电路元件在数量上可以是单数或复数。例如，术语“电路”和“线路”可以包括有源和/或无源并连接或耦合在一起(例如，作为一个或多个集成电路芯片)以提供所述功能的单个组件或多个组件。另外，术语“信号”可以指一个或多个电流、一个或多个电压、或数据信号。在图中，相同或相关元件具有相同或相关字母、数字或字母数字标号。并且，虽然本发明是在使用分立电子线路实现的背景下(最好以一个或多个集成电路芯片的形式)讨论的，但取决于要处理的信号频率或数据速率，这样的线路的任何部分的功能可替代地可以使用一个或多个适当编程的处理器来实现。 

参照图3，依照当前要求保护的发明的一个实施例，将测试装置 100适当地与DUT200耦合。在本例中，测试装置100包括计算机102、控制/接口电路104和RF接收器106。DUT200包括基带电路202、RF电路206(例如，以专用集成电路或ASIC的形式)、输出功率放大器210、信号组合或路由电路212(例如，信号求和电路或双工器)、以及天线214。此外，包括在其中的还有在基带电路202和RF电路206以及功率放大器210之间提供信号转换的数模转换器(DAC)204、208(下面作更详细讨论)。 

基带电路202包括以例如正交信号203i、203q的形式来提供发射数据信号203t的发射信号发生器。此外，包括在其中的还有为RF电路206提供电压增益控制(VGC)数据的RF功率控制电路。VGC数据存储在寄存器202a中，由VGC DAC 204转换所选数据203a以提供模拟控制信号205，用于控制作为输入信号207提供给功率放大器210的发射数据信号的功率电平。基带电路202还包括提供偏置控制数据的功率放大器偏置控制电路。这些偏置控制数据存储在偏置寄存器202b中，由偏置DAC208转换所选偏置控制数据，以便为功率放大器210提供模拟偏置控制信号209。 

RF电路206通常包括用于发射数据信号203t的上变频的频率合成电路、滤波器和混合器、以及由VGC信号205控制以将发射数据信号207提供给功率放大器210的放大器电路。 

将各个发射数据信号207a、207b、...、207n提供给相应的各个功率放大器210a、210b、...、210n，每个信号207和放大器210都工作在不同的预定频率范围内。依照公知的原理，经由信号组合器或路由器212将所得放大信号211传送给天线214以便发射215。 

控制/接口电路104经由一个或多个控制或接口信号105a、105b与基带电路202和RF电路206通信，例如，以便在测试期间控制对存储的VGC 202a和偏置202b控制数据的访问和选择。接收器106在测试期间接收发射信号213。计算机102经由一个或多个控制和数据信号103a与控制/接口电路104通信，并控制控制/接口电路104。计算机102经由一个或多个另外的控制和数据信号103b，控制接收器 106并访问经由输出发射信号213接收的发射器数据。接收器106还包括测量发射信号213的功率电平的电路，使所得功率电平数据可用于计算机102的分析。 

参照图4A和4B，依照当前要求保护的发明，控制/接口电路104经由它的控制和接口信号105a、105b，使得发射数据信号203t被生成，并经过频率转换、滤波和放大，使其可用作功率放大器210的输入信号207。每个输入信号207a、207b、...、207n的功率电平依照VGC控制信号205来建立，而每个功率放大器210a、210b、...、210n的偏置(例如，偏置电流或电源电压)由偏置控制信号209来控制。依照当前要求保护的发明，在测试期间使用VGC和偏置控制数据的所选子集。例如，假设VGC控制寄存器202a包括0-255范围内的值，以及偏置控制寄存器202b包括0-127范围内的值，可以将偏置控制定义成偏置设置52对应于-20dBm的功率电平，线性内插从-20dBm到0dBm的范围，使得偏置控制值72对应于0dBm。类似地，可以将偏置控制数据值82、97和117定义成分别对应于5、10和15dBm的功率电平(在这样的范围内，适当线性内插偏置控制数据)。 

如图所示，每列包括“center”值，它是与那列的目标功率(dBm)相对应的VGC控制寄存器值，每个寄存器控制数据值可向上或向下变化一个或多个Δ值(Δ可以按照关于每dB的DAC设置的需要来配置)，下限为“i”以及上限为“j”(也可按照需要来配置)。这些变量(“center”、Δ、“i”和“j”)从一列到另一列具有不同值。 

依照当前要求保护的发明的一个实施例，在子集或子范围内访问和选择VGC控制数据202a，VGC控制数据的每个子集与一个特定偏置控制电平一起使用。例如，在偏置控制设置32，可以通过以10步从10到50的值范围扫描VGC控制数据，接着将偏置控制数据重置成值52，并以10步从40到80扫描VGC控制数据，接着将偏置控制数据重置成值72，并从70到120扫描VGC控制数据，接着将偏置控制数据重置成值82，并从100到170扫描VGC控制数据，接着将偏置控制数据重置成值97，并从140到200扫描VGC控制数据， 以及接着将偏置控制数据重置成值117，并从160到240扫描VGC控制数据。 

根据这样测量的结果，可以针对给定偏置电平和匹配功率电平来内插正确的点。例如，可以识别出在偏置控制设置32产生-40dBm功率的VGC控制寄存器202a设置，在偏置控制设置52产生-20dBm功率的VGC控制寄存器202a值等。并且，如图4A和4B所示，相邻目标功率列中的VGC控制范围是重叠的，从而允许与相邻列中的数据相对应的测量值之间的内插。例如，VGC控制寄存器值150对于三种不同的偏置设置(82、97、117)将具有三个不同的测量功率，从而能够实现不同偏置设置如何影响发射功率的内插。结果，能够创建测试数据的二维网状结构，从而允许外推校准值以提供DUT性能的更精确表示。 

本领域的普通技术人员容易明白，可能需要将“伪”数据分组插入外发数据信号207中，以保证功率放大器210工作足够长的时间间隔，以便在进行测量之前达到用于每个偏置和VGC控制数据设置的正确工作温度。容易懂得，这可以通过在发送测试数据序列之前，在特定的偏置和VGC控制数据设置发送多个这种“伪”数据分组来实现。 

依照当前要求保护的发明，可以推广这种测试技术，以提供影响所得信号发射功率的两个可变控制参数。最好，将测试规定成让两个参数变化，同时第三个参数保持在恒定的预定值。 

显而易见，本领域的普通技术人员可以不偏离本发明的范围和精神地对本发明的结构和操作方法作出各种其它修改和变更。尽管结合特定优选实施例对本发明作了描述，但应该明白，如要求保护的发明不应该过度局限于这样的特定实施例，我们的意图是让所附权利要求书定义本发明的范围，从而涵盖在这些权利要求以及它们的等效物的范围内的结构和方法。 

Claims (14)

1.一种测试数据信号放大器的方法，所述数据信号放大器的输出信号功率取决于多个信号功率控制参数，所述方法包含：

提供与第一控制参数相对应并具有第一组值中的第一个值的第一控制信号；

提供与第二控制参数相对应并具有第二组值中的第一顺序子集的第二控制信号；

向放大器提供电源电压和偏置电流，所述电源电压和偏置电流中的至少一个具有与所述第一和第二控制信号中的一个控制信号有关的幅度；

向所述放大器提供输入数据信号，所述输入数据信号具有与所述第一和第二控制信号中的另一个控制信号有关的多个顺序幅度；

由所述放大器提供输出数据信号，所述输出数据信号具有与所述第一和第二控制信号中的所述一个控制信号以及所述输入数据信号有关的多个顺序幅度；以及

测量所述输出数据信号的所述多个顺序幅度中的每一个，接着，

提供与所述第一控制参数相对应并具有所述第一组值中的第二个值的所述第一控制信号，

提供与所述第二控制参数相对应并具有所述第二组值中的第二顺序子集的所述第二控制信号，以及

重复所述电源电压、所述偏置电流、所述输入数据信号和所述输出数据信号的所述提供，以及所述输出数据信号的所述多个顺序幅度中的每一个的所述测量。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述提供第一控制信号包含提供放大器偏置电流控制信号。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述提供第二控制信号包含提供信号增益控制信号。

4.如权利要求1所述的方法，其中：

所述提供第一控制信号包含提供放大器偏置电流控制信号；以及

所述提供第二控制信号包含提供信号增益控制信号。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二组值的所述第一和第二顺序子集分别具有第一和第二平均值。

6.如权利要求1所述的方法，其中：

所述第二组值中的所述第一顺序子集具有第一最小值和最大值；

所述第二组值中的所述第二顺序子集具有第二最小值和最大值；以及

所述第一最小值和最大值之一在所述第二最小值和最大值之间。

7.如权利要求1所述的方法，其中：

所述第二组值中的所述第一顺序子集具有第一最小值和最大值；

所述第二组值中的所述第二顺序子集具有第二最小值和最大值；以及

所述第一最小值和最大值都不在所述第二最小值和最大值之间。

8.一种包括用于测试数据信号放大器的系统的装置，所述数据信号放大器的输出信号功率取决于多个信号功率控制参数，所述装置包含：

控制器部件，用于

作为第一测试序列的一部分，控制下列信号的传送：

与第一控制参数相对应并具有第一组值中的第一个值的第一控制信号，

与第二控制参数相对应并具有第二组值中的第一顺序子集的第二控制信号，

去往放大器的电源电压和偏置电流，所述电源电压和偏置电流中的至少一个具有与所述第一和第二控制信号中的一个控制信号有关的幅度，以及

去往所述放大器的输入数据信号，所述输入数据信号具有与所述第一和第二控制信号中的另一个控制信号有关的多个顺序幅度，以及

作为第二测试序列的一部分，控制下列信号的传送：

与所述第一控制参数相对应并具有所述第一组值中的第二个值的所述第一控制信号，

与所述第二控制参数相对应并具有所述第二组值中的第二顺序子集的所述第二控制信号，

去往所述放大器的所述电源电压和所述偏置电流，所述电源电压和所述偏置电流中的所述至少一个具有与所述第一和第二控制信号中的所述一个控制信号有关的幅度，以及

去往所述放大器的所述输入数据信号，所述输入数据信号具有与所述第一和第二控制信号中的所述另一个控制信号有关的多个顺序幅度；以及

接收器部件，用于

作为所述第一测试序列的一部分，

接收来自所述放大器并具有与所述第一和第二控制信号中的所述一个控制信号以及所述输入数据信号有关的多个顺序幅度的输出数据信号，以及

测量所述输出数据信号的所述多个顺序幅度中的每一个，以及

作为所述第二测试序列的一部分，

接收来自所述放大器并具有与所述第一控制信号和所述输入数据信号有关的多个顺序幅度的所述输出数据信号，以及

测量所述输出数据信号的所述多个顺序幅度中的每一个。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述控制器部件用于作为所述第一和第二测试序列的一部分，控制作为所述第一控制信号的放大器偏置电流控制信号的传送。

10.如权利要求8所述的装置，其中，所述控制器部件用于作为所述第一和第二测试序列的一部分，控制作为所述第二控制信号的信号增益控制信号的传送。

11.如权利要求8所述的装置，其中，所述控制器部件用于作为所述第一和第二测试序列的一部分，控制下列信号的传送：

作为所述第一控制信号的放大器偏置电流控制信号；以及

作为所述第二控制信号的信号增益控制信号。

12.如权利要求8所述的装置，其中，所述第二组值中的所述第一和第二顺序子集分别具有第一和第二平均值。

13.如权利要求8所述的装置，其中：

所述第二组值中的所述第一顺序子集具有第一最小值和最大值；

所述第二组值中的所述第二顺序子集具有第二最小值和最大值；以及

所述第一最小值和最大值之一在所述第二最小值和最大值之间。

14.如权利要求8所述的装置，其中：

所述第二组值中的所述第一顺序子集具有第一最小值和最大值；

所述第二组值中的所述第二顺序子集具有第二最小值和最大值；以及

所述第一最小值和最大值都不在所述第二最小值和最大值之间。

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