TWI453435B - 用以測試具有和多個功率控制參數相依之輸出信號功率的資料信號放大器之方法及系統 - Google Patents

Description

用以測試具有和多個功率控制參數相依之輸出信號功率的資料信號放大器之方法及系統 發明領域

本發明係關於用於測試資料信號放大器之方法及系統，且尤其係關於測試能夠有多個輸出信號功率位準以使功耗最小化之資料信號放大器。

發明背景

當代的(3G)蜂巢式電話除其他方面外提供與網際網路之較快的連接速度。此較高的連接速度藉由較為複雜的調變及對於精確信號功率位準更為嚴苛的要求而實現。同時，由於這些裝置通常由電池供電，故這些裝置還需要最小化它們的功耗。

因此，為了滿足這些衝突的要求，即要具有高性能而同時又要消耗最低可能的功率量，這些裝置使用了許多技術來使功率最小化，包括射頻(RF)電路中的最小化電流消耗。範例包括動態變化輸出功率放大器中的偏置電流，以使得該偏置電流依據發射信號功率而縮放(例如較高或較低)。可選擇地，或者除此之外在某些實例中，供給輸出功率放大器的供電電壓可使用一切換直流-直流(DC-DC)轉換器來控制，以降低以較低輸出信號功率位準發射時的供電電壓。儘管這些技術確實有助於提高電池壽命，但其亦會造成裝置行為較難以校準，因為多數個功率控制參數隨著該輸出發射信號功率變化而變化。因此，需要較複雜的校 準技術。

對裝置的校準是在製造之後於性能測試期間進行的，此校準是一疊代程序或者是基於對測試中裝置(DUT)之行為的簡單假設。前一種技術將提供較周密的測試及校準，但以測試速度為代價，而後者通常會提供適當的測試結果，但非最優化的，因為鑒於該等嚴苛的性能需求，這些基於假設的測試結果可能不夠準確。

參閱第1圖，功率放大器10放大發送輸入信號11a以產生放大的資料信號11b。該功率放大器10自受一偏置控制信號13a控制的一電源12接收其DC電力13b。因此，如上文中所討論的，該放大的資料信號11b的功率位準可至少藉由控制該功率放大器10的輸入信號11a位準以及電源12提供給功率放大器10的DC電力13b來控制。如上文中所討論的，此DC電力13b可藉由依據偏置控制信號13a控制其電流或電壓來控制。

參閱第2圖，如上文中所討論的，RF輸出功率(即傳送至天線的發射信號功率)是功率放大器10之輸入信號11a之功率與提供給該功率放大器10之DC電力13b偏置設定(第1圖)的一函數。此二曲線表示二不同的偏置設定，其中，下方曲線係由一較低偏置設定所產生，而上方曲線係由一較高偏置設定所產生。如自圖中可見的，在較低的功率位準下，輸出功率與輸入功率之比約呈線性。然而，在較高的位準下，二偏置設定之間的功率變化明顯不同。

一常用的測試技術係以二或更多步驟來執行校準。一 步驟可能是變化提供給功率放大器10之輸入信號11a的功率，而保持固定的供電電壓及偏置電流。第二步驟可能是變更供電電壓，而保持固定的輸入信號功率及偏置電流。第三步驟可能是進而變化該偏置電流，而保持固定的輸入信號功率及供電電壓。因此，放大器性能可相對於二或三個控制參數而被特徵化，基於信號功率、供電電壓及偏置電流之間所觀察到的關係而由該等參數推斷或推測預期的性能。然而，此預期的未來性能是基於一個測試參數，該測試參數受到基於假定由一裝置到另一裝置為一致之供電電壓或偏置電流的影響。

儘管這對於許多裝置而言可產生可接受的結果，但隨著日漸嚴苛的性能要求，因為特徵化的性能無法準確地模型化實際性能，於實際操作期間不太可能實現呈足夠低的故障率。

例如，保持不變的偏置電流而變更輸入信號11a的功率，功率放大器10的操作溫度可能高於實際操作時所預期的操作溫度，因為偏置設定將可能高於電池節能措施被採用時所使用的偏置設定。儘管模型化該預期放大器溫度是可能的，但裝置之間仍會有變化。此外，由於該等功率變化(power variance)係於測試期間快速實施的，故該功率放大器10的內部溫度於此等變化量期間可能變化，然而於該裝置內一不同的位置所量測的系統溫度將不會由於快速測試而受到明顯影響。因此，該測試操作將無法準確地模擬正常操作。

發明概要

依據本發明，提供一種用以測試具有和多個信號功率控制參數相依之一輸出信號功率的一資料信號放大器之方法與設備，該等多個信號功率控制參數例如為信號增益控制及放大器偏置電流控制。

依據本發明之一實施例，一種用以測試具有和多個信號功率控制參數相依之一輸出信號功率的一資料信號放大器之方法包含：提供與一第一控制參數相對應且具有一第一複數值中之一第一值的一第一控制信號；提供與一第二控制參數相對應且具有一第二複數值之一第一連續子集的一第二控制信號；向一放大器提供一供電電壓及一偏置電流，其中至少一者具有與該第一及第二控制信號中之一者相關之一量級；向該放大器提供具有與該第一及第二控制信號中之另一者相關之複數連續量級之一輸入資料信號；藉由該放大器提供具有與該第一及第二控制信號中之該一者相關之複數連續量級之一輸出資料信號；及量測該複數連續輸出資料信號量級中之每一輸出資料信號幅值，接著提供與該第一控制參數相對應且具有該第一複數值中之一第二值的該第一控制信號，提供與該第二控制參數相對應且具有該第二複數值之 一第二連續子集的該第二控制信號，及重複提供該供電電壓、該偏置電流、該輸入資料信號及該輸出資料信號，及量測該複數連續輸出資料信號量級中之每一輸出資料信號幅值。

依據本發明之另一實施例，一種用以測試具有和多個信號功率控制參數相依之一輸出信號功率的一資料信號放大器之系統，其包含：控制裝置，用於控制作為一第一測試序列之一部分的下列傳送與一第一控制參數相對應且具有一第一複數值中之一第一值的一第一控制信號；與一第二控制參數相對應且具有一第二複數值中之一第一連續子集的一第二控制信號；至一放大器的一供電電壓及一偏置電流，其中至少一者具有與該第一及第二控制信號中之一者相關之一量級；至該放大器的一輸入資料信號，其具有與該第一及第二控制信號中之另一者相關之複數連續量級；及作為一第二測試序列之一部分的下述傳送：與該第一控制參數相對應且具有該第一複數值中之一第二值的該第一控制信號，與該第二控制參數相對應且具有該第二複數值中之一第二連續子集的該第二控制信號，至該放大器的該供電電壓及該偏置電流，其中至少一者具有與該第一及第二控制信號中之一者相關之一量級，及 至該放大器的該輸入資料信號，其具有與該第一及第二控制信號中之另一者相關之多個連續量級；及接收裝置，用於作為該第一測試序列之一部分，接收來自該放大器且具有與該第一及第二控制信號中之該一者以及該輸入資料信號相關之複數連續量級的一輸出資料信號，及量測該複數連續輸出資料信號量級中之每一輸出資料信號量級，及作為該第二測試序列之一部分，接收來自該放大器且具有與該第一控制信號及該輸入資料信號相關之多個連續量級的該輸出資料信號；及量測該複數連續輸出資料信號量級中之每一輸出資料信號量級。

圖式簡單說明

第1圖是一資料信號發射器，諸如一蜂巢式電話的一習知輸出功率放大器級的一功能方塊圖。

第2圖是第1圖中該放大器信號之二條輸出對輸入功率曲線圖。

第3圖是依據本發明之一實施例的用以測試之一測試機構的一功能方塊圖。

第4圖是依據本發明之一實施例於測試期間所要實施的功率控制參數及這些參數的變化。

較佳實施例之詳細說明

以下的詳細描述是參照附圖之本發明示範實施例。此描述意欲說明而非限制本發明之範圍。這些實施例被充分詳細地描述足以使熟於此技者能夠實施本發明，且要理解的是，其他實施例也能以某些變化例來實施而不背離本主題發明之精神及範圍。

若未明確說明與本文內容相悖，則應了解，本揭露內容全文中個別電路元件可以單數或複數被描述。例如，名詞“電路(circuit)”及“電路(circuitry)”可包括一單一元件或複數元件，係為主動的及/或被動的，且被連接或者耦接在一起(例如，一或一上積體電路晶片)以提供所描述之功能。另外，名詞“信號”可以指一或一以上電流、一或一以上電壓或一資料信號。在該等圖式中，相似或相關的元件將具有相似或相關的字母、數字或文數字稱號。此外，儘管本發明已在使用離散電子電路(較佳地以一或一以上積體電路晶片的形式)實施之脈絡中加以討論，但此電路中任何部分的功能可以任擇地使用一或一以上經適當規劃的處理器來實施，視欲被處理之信號頻率或資料率而定。

參閱第3圖，依據本發明之一個實施例，一測試設備100適當地耦接於一DUT 200。在此範例中，該測試設備100包括一電腦102、控制/介面電路104及一RF接收器106。該DUT 200包括基頻電路202、RF電路206(例如以一特用積體電路或ASIC之形式)、輸出功率放大器210、組合器或路由器212(例如信號求和電路或一雙工器)及一天線214。還包括數 位至類比轉換器(DAC)204、208，提供基頻電路202與RF電路206及功率放大器210之間之信號轉換(下文中將詳細討論)。

該基頻電路202包括一發射信號產生器，用以提供發射資料信號203t，例如以正交信號203i、203q之形式。還包括RF功率控制電路，用以提供電壓增益控制(VGC)資料給該RF電路206。該VGC資料被儲存在一VGC暫存器202a中，其中選出的資料203a被該VGC DAC 204轉換，以提供一類比控制信號205來控制以該等輸入信號207而提供給該等功率放大器210之該等發射資料信號。該基頻電路202還包括功率放大器偏置控制電路，用以提供偏置控制資料。此偏置控制資料被儲存在一偏置暫存器202b中，其中選出的偏置控制資料203b被偏置DAC 208轉換，以提供一類比偏置控制信號209給該等功率放大器210。

典型地，該RF電路206包括用於該發射資料信號203t的升頻轉換之頻率合成電路、濾波器和混合器，以及受該VGC信號205控制之放大器電路，以提供該等發射資料信號207給該等功率放大器210。

該等各自的發射資料信號207a、207b、...、207n被提供給相對應的各自的功率放大器210a、210b、...、210n，其中各信號207及放大器210操作於一不同的預定頻率範圍內。該等產生的放大信號211依據習知的原理經由組合器或路由器212被傳送至該天線214而供發射215。

該控制/介面電路104經由一個或多個控制或介面信號 105a、105b與該基頻電路202及RF電路206進行通訊，例如用以於測試期間控制對所儲存的VGC暫存器202a及偏置暫存器202b控制資料之存取與選擇。該接收器106於測試期間接收該發射信號213。該電腦102經由一個或多個控制及資料信號103a來與該控制/介面電路104通訊並對其進行控制。該電腦102經由一個或多個附加的控制及資料信號103b控制該接收器106並存取經由該輸出發射信號213所接收的發射器資料。該接收器106還包括用於量測該發射信號213之功率位準的電路，並使得所產生的功率位準資料可供電腦102分析。

參閱第4圖，依據本發明，該控制/介面電路104經由其控制及介面信號105a、105b而產生一發射資料信號203t，並轉換頻率、濾波及放大而得以提供作為功率放大器210的輸入信號207。各輸入信號207a、207b、...、207n之功率位準依據該VGC控制信號205被建立，而對於各功率放大器210a、210b、...、210n之偏置(例如偏置電流或供電電壓)是由偏置控制信號209所控制。依據本發明，VGC與偏置控制資料選出的子集在測試期間被使用。例如，假設VGC暫存器202a包括0-255之範圍內的值，且偏置暫存器202b包括0-127範圍內的值，偏置控制可被定義以使一偏置設定52對應於一-20dBm的功率位準，其中自-20dBm直至0dBm之範圍內係線性內插，使得偏置控制值72對應於0dBm。類似地，偏置控制資料值82、97及117可被定義成分別對應於功率位準5、10及15dBm(使用在此等範圍內之偏置控制資料的 適當線性內插)。

如圖中所示，各行包括一「中心」值，其為與此行目標功率(dBm)相對應之VGC控制暫存器值，每一暫存器控制資料值係可以一或多個△值增減(△係依據每dB之DAC設定按需要配置)，具有較低的“i”和較高的“j”限制(同樣可按需要配置)。這些變量(中心、△、“i”、“j”)在行與行之間可具有不同值。

依據本發明之一個實施例，該VGC暫存器202a以子集或子範圍來存取及選擇，其中VGC控制資料之各子集與一個特定的偏置控制位準一起使用。例如，在一偏置控制設定32之下，該VGC控制資料可以步長10被掃過從10直至50之範圍的值，接著，將該偏置控制資料重置為值52，並以步長10掃過從40直至80之VGC控制資料，接著，將該偏置控制資料重置為72，並掃過從70直至120之VGC控制資料，接著，將該偏置控制資料重置為82，並掃過從100直至170之VGC控制資料，接著，將該偏置控制資料重置為97並掃過從140直至200之VGC控制資料，接著，將該偏置控制資料重置為117，並掃過從160直至240之VGC控制資料。

基於這些量測的結果，將可能對於一給定的偏置位準及匹配的功率位準內插正確點。例如，將可能確定VGC暫存器202a設定於一偏置控制設定32之下產生-40dBm之功率，VGC暫存器202a值於一偏置設定52之下產生-20dBm之一功率等等。此外，如第4圖中所示，VGC在鄰接目標功率行中的該等控制範圍是重疊的，因此允許在對應於鄰接行 中之資料的量測之間內插。例如，一VGC控制暫存器值150對三個不同的偏置設定(82、97、117)將具有三個不同的量測功率，從而能夠內插不同偏置設定對發射功率影響之程度。因此，可產生一個二維網狀結構的測試資料，從而允許推斷校準值，以提供DUT性能之一更準確的表示。

如熟習此技藝者可容易理解的，可能需要插入“虛擬(dummy)”資料封包到該等發送資料信號207中以確保在執行測試之前該等功率放大器210操作達一足夠長的時間間隔，以達到各偏置及VGC控制資料設定的正確操作溫度。如將容易理解地，這可藉由在發射測試資料序列之前以該特定的偏置及VGC控制資料設定發送多個這樣的“虛擬”資料封包來實現。

依據本發明，可能擴展此一測試技術以提供兩個影響產生之信號發射功率的可變控制參數。較佳地，此測試將被定義成使兩個參數變化而一第三參數保持在一不變的預定值。

本發明之結構與操作方法在不背離本發明之精神及範圍之下的各種其他修改及替換對於熟習此技藝者而言將是顯而易見的。儘管本發明已描述相關的較佳實施例，但應當明白的是，所請求的發明不應過度地限制於此等特定實施例。下列申請專利範圍意欲定義本發明之範圍，且在這些請求項之範圍中的結構與方法及其等之等效物由發明範圍所涵蓋。

10‧‧‧功率放大器

11a‧‧‧輸入信號

11b‧‧‧放大的資料信號

13a‧‧‧偏置控制信號

12‧‧‧電源

13b‧‧‧DC電力

100‧‧‧測試設備

102‧‧‧電腦

103a、103b‧‧‧控制及資料信號

104‧‧‧控制/介面電路

105a、105b‧‧‧控制或介面信號、控制及介面信號

106‧‧‧接收器

200‧‧‧DUT

202‧‧‧基頻電路

202a‧‧‧VGC暫存器

202b‧‧‧偏置暫存器

203a‧‧‧選出的資料

203b‧‧‧選出的偏置控制資料

203i、203q‧‧‧正交信號

203t‧‧‧發射資料信號

204、208‧‧‧數位至類比轉換器(DAC)

205‧‧‧類比控制信號、VGC信號、VGC控制信號

206‧‧‧RF電路

207、207a-207n‧‧‧輸入信號、發射資料信號、發送資料信號

209‧‧‧類比偏置控制信號、偏置控制信號

210、210a-210n‧‧‧輸出功率放大器、功率放大器

211、211a-211n‧‧‧放大信號

212‧‧‧組合器或路由器

213‧‧‧發射信號、輸出發射信號

214‧‧‧天線

215‧‧‧發射

第1圖是一資料信號發射器，諸如一蜂巢式電話的一習知輸出功率放大器級的一功能方塊圖。

第2圖是第1圖中該放大器信號之二條輸出對輸入功率曲線圖。

第3圖是依據本發明之一實施例的用以測試之一測試機構的一功能方塊圖。

第4圖是依據本發明之一實施例於測試期間所要實施的功率控制參數及這些參數的變化。

100‧‧‧測試設備

102‧‧‧電腦

103a、103b‧‧‧控制及資料信號

104‧‧‧控制/介面電路

105a、105b‧‧‧控制或介面信號

106‧‧‧接收器

200‧‧‧DUT

202‧‧‧基頻電路

202a‧‧‧VGC暫存器

202b‧‧‧偏置暫存器

203a‧‧‧選出的資料

203b‧‧‧選出的偏置控制資料

203i、203q‧‧‧正交信號

203t‧‧‧發射資料信號

204、208‧‧‧數位至類比轉換器(DAC)

205‧‧‧類比控制信號

206‧‧‧RF電路

207、207a-207n‧‧‧輸入信號

209‧‧‧類比偏置控制信號

210、210a-210n‧‧‧輸出功率放大器

211、211a-211n‧‧‧放大信號

212‧‧‧組合器或路由器

213‧‧‧發射信號

214‧‧‧天線

215‧‧‧發射

Claims (14)

1. 一種用以測試具有和多個信號功率控制參數相依之一輸出信號功率的一資料信號放大器之方法，包含：提供與一第一控制參數相對應且具有一第一複數值中之一第一值的一第一控制信號；提供與一第二控制參數相對應且具有一第二複數值中之一第一連續子集的一第二控制信號；向一放大器提供一供電電壓及一偏置電流，其中至少一者具有與該第一及第二控制信號中之一者相關之一量級；向該放大器提供具有與該第一及第二控制信號中之另一者相關之複數連續量級之一輸入資料信號；藉由該放大器提供具有與該第一及第二控制信號中之該一者相關之複數連續量級之一輸出資料信號；及量測該複數連續輸出資料信號量級中之每一輸出資料信號量級，接著提供與該第一控制參數相對應且具有第一複數值中之一第二值的該第一控制信號，提供與該第二控制參數相對應且具有第二複數值中之一第二連續子集的該第二控制信號，及重複提供該供電電壓、該偏置電流、該輸入資料信號及該輸出資料信號，及量測該複數連續輸出資料信號量級中之每一輸出資料信號量級。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該提供一第一控制信號包含提供一放大器偏置電流控制信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該提供一第二控制信號包含提供一信號增益控制信號。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該提供一第一控制信號包含提供一放大器偏置電流控制信號；及該提供一第二控制信號包含提供一信號增益控制信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二複數值中之該第一及第二連續子集分別具有第一及第二平均值。
6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中：該第二複數值中之該第一連續子集具有第一最小及最大值；該第二複值中之該第二連續子集具有第二最小及最大值；及該第一最小及最大值中之一者介於該第二最小與最大值之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中：該第二複數值中之該第一連續子集具有第一最小及最大值；該第二複數值中之該第二連續子集具有第二最小及最大值；及該第一最小及最大值二者均不介於該第二最小與最大值之間。
8. 一種包括一用以測試具有和多個信號功率控制參數相依之一輸出信號功率的一資料信號放大器之系統的設備，包含：控制裝置，用於控制作為一第一測試序列之一部分的下列傳送與一第一控制參數相對應且具有一第一複數值中之一第一值的一第一控制信號；與一第二控制參數相對應且具有一第二複數值中之一第一連續子集的一第二控制信號；至一放大器的一供電電壓及一偏置電流，其中至少一者具有與該第一及第二控制信號中之一者相關之一量級；至該放大器的一輸入資料信號，其具有與該第一及第二控制信號中之另一者相關之複數連續量級；及作為一第二測試序列之一部分的下述傳送：與該第一控制參數相對應且具有該第一複數值中之一第二值的該第一控制信號，與該第二控制參數相對應且具有該第二複數值中之一第二連續子集的該第二控制信號，至該放大器的該供電電壓及該偏置電流，其中至少一者具有與該第一及第二控制信號中之該一者相關之一量級，及至該放大器的該輸入資料信號，其具有與該第一及第二控制信號中之另一者相關之多個連續量級；及接收裝置，用於作為該第一測試序列之一部分，接收來自該放大器且具有與該第一及第二控制信號中之該一者及該輸入資料信號相關之多個連續量級的一輸出資料信號，及量測該等複數連續輸出資料信號量級中之每一輸出資料信號量級，及作為該第二測試序列之一部分，接收來自該放大器且具有與該第一控制信號及該輸出資料信號相關之多個連續量級的該輸入資料信號；及量測該複數連續輸出資料信號量級中之每一輸出資料信號量級。
9. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該控制裝置係用於控制，作為該第一及第二測試序列之一部分，當作該第一控制信號之一放大器偏置電流控制信號的傳送。
10. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該控制裝置係用於控制，作為該第一及第二測試序列之一部分，當作一第二控制信號之信號增益控制信號的傳送。
11. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該控制裝置係用於控制作為該第一及第二測試序列之一部分之下述傳送：一當作該第一控制信號的放大器偏置電流控制信號；及一當作該第二控制信號的信號增益控制信號。
12. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該第二複數值之該第一及第二連續子集分別具有第一及第二平均值。
13. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中：該第二複數值中之該第一連續子集具有第一最小及最大值；該第二複數值中之該第二連續子集具有第二最小及最大值；及該第一最小及最大值中之一者介於該第二最小與最大值之間。
14. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中：該第二複數值中之該第一連續子集具有第一最小及最大值；該第二複數值中之該第二連續子集具有第二最小及最大值；及該第一最小及最大值二者均不介於該第二最小與最大值之間。