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TechnicalFeature 技术特写

1.0 10
0.5 0 AM-AM AM-PM 8 6
AM-AM (dB) –0.5 4 2 AM-PM (°)
–1.0
–1.5
–2.0
–2.5 –2 0
–3.0 –4
–30 –25 –20 –15 –10 –5 0
输入功率(dBm)

图7：在被测器件上测得的AM-AM和
当今智能设备
AM-PM失真。
电平，高偏置电压（0.58V和0.59V）可 图8：使用Keysight E4438C矢量信号发生器和N9020A信号分析仪测量EVM。
提供较低的EVM。由此可以得出结论，
仅仅通过检查从连续波激励推导出的集 进设计系统（ADS）对实施的EVM进行 以及EVM测量期间的输入功率电平。为 连接解决方案
成电路非线性特性来确定EVM几乎是不 评测。为了进行EVM分析，其使用了一 了确保输入功率的准确性以获得准确的
可能的。在射频集成电路设计流程中必 个256-QAM、40MHz带宽的信号，并且 EVM读数，矢量信号发生器的输出功
须要进行全面彻底的EVM分析，以优化 配置了输入功率电平和偏置电压参数， 率保持不变，但施加于被测器件的不同
电路条件，实现最小的EVM。此外，图 包括在11个偏置条件下仿真的33个功率 输入功率电平会通过外部可变衰减器改
1中T/R前端的子系统实现和具有可调权 电平，得出363个不同的仿真条件。与 变。电缆损耗从测量结果中提取并去嵌
重功能的空间滤波器要求将综合EVM仿 基于晶体管级别设计的仿真相比，基 入。
真作为射频系统设计流程的一部分。 于.s2d文件的EVM仿真只需要很短的时 EVM的测量和仿真结果如图9所
间。由于电路的复杂性和所需的仿真时 示。在中高输入功率下，仿真和测量结
设计流程中的EVM 间过长，在图6b所示的设计流程中分析 果基本一致。当功率水平低于-25dBm
上一节描述了将EVM分析整合在 晶体管级设计仿真显得不切实际。使 时，测量设备的灵敏度会将测量EVM的
射频集成电路设计流程中以便进行高阶 用.s2d格式文件建模的相同电路只需要 能力限制在-45dB以下。结果显示出评测
调制的重要性，高阶调制为64-QAM甚 几秒钟即可分析EVM，使得EVM仿真时 EVM的重要性，特别是在中等功率电平
至更高，其中要求EVM低于-30dB。图 间显著减少，从而可以将EVM分析实际 下，此时的结果高度依赖于非线性电路 适用于物联网家庭互联和可穿戴设备的前端模块 (FEM)
5所示为可用于EVM分析的两个射频集 整合到射频集成电路设计流程中。 的幅度和相位失真特性。
成电路设计流程。图5a为传统的EVM 应用包括智能手表、健身追踪器、无线耳机、家用电器、智能恒温器、报警器、照明和传感器等。
仿真流程。这里，射频集成电路设计的 仿真结果和测量结果 结语
验证方法，包括电路级的过程电压和温 使用基于.s2d文件格式的电路表达式 将EVM分析整合到射频集成电路设
度（PVT）变化分析，系统级的版图验 和图6所示的测试台进行EVM仿真，以 计流程中的重要性怎么强调都不过分， | 低功耗蓝牙低能耗前端模块可扩大覆盖范围
证、功能验证和EVM验证，都在设计 便与测得的EVM进行比较。仿真中使用 特别是对于EVM指标低于-30dB的系
结束时进行。只在验证阶段进行EVM 了一个256-QAM、40MHz带宽的调制信 统。如果设计流程中不包括EVM，那么 器件型号 频率范围 (GHz) 电流消耗 输出功率 (dBm) Tx 增益 (dB)
分析，而在设计阶段不考虑，有可能导 号。在进行EVM评测之前，首先使用频 在不同的输入功率和偏置条件下，完整 SKY66110-11 2.400 to 2.500 10 mA @ 10 dBm 10 @ 3 V 11
致设计达不到最优，并减缓整个设计流 谱和网络分析仪进行AM-AM和AM-PM 的射频子系统可以得到次优EVM。输出 SKY66111-11 2.400 to 2.500 10 mA @ 10 dBm 6 to 13 11
程。发生后一种情况一般是因为必须对 失真测量。图7所示为被测器件（DUT） 阶段偏置发生的小变化会在很大的输入
电路进行重新设计，因为器件的静态点 的非线性特性测量结果。测试系统创建 功率范围内导致EVM相差极大。幸运的 | 前端模块可扩大覆盖范围
必须改变才能满足EVM性能，这只在需 了一个.s2d文件格式来描述被测器件的小 是，通过AM-AM和AM-PM表征，以及
要严格的EVM指标时才会发生。 信号特性和大信号特性。GCOMP7选项 将其加入.s2d格式文件中，可以大大减 器件型号 频率范围 (GHz) 输出功率 (dBm) 宽幅工作电压 Tx 电流消耗
在射频集成电路设计流程中引入 用于对非线性特性进行建模。 少EVM评测的仿真时间。使用这种方法 SKY66115-11 0.400 to 0.510 20 2.5 to 3.6 V 67 mA @ 20 dBm
EVM仿真会带来一些困难。这是因为与 图8所示为EVM测量系统。它执行 将EVM评测整合到设计流程中，工程师
基于连续波激励的仿真相比，EVM仿 功率校准以确定被测器件的非线性表征 可以在很短的时间内仿真与测得的EVM
真较慢，设计环境与正常的射频集成电 非常一致的EVM。■ | 低功耗蓝牙和ZigBee前端模块可增强性能
路的设计环境不同。用于EVM分析的 –20 器件型号 频率范围 (GHz) 输出功率 (dBm) Tx 增益 (dB) Rx 增益 (dB) 噪声系数 (dB)
完整晶体管级电路描述非常耗时，并且 仿真 致谢
–25
对于EVM分析来说过于复杂。图5b所 –30 测得 作者谨向 K. Manin、I. Levie、P. SKY66112-11 2.400 to 2.500 21 22 11 2
示的射频集成电路设计流程提供了一种 –35 Steinberg 和 E. Turgerman 表示感谢，他 SKY66113-11 2.400 to 2.500 SoC-1 – 12 2
方法来克服这些限制：将各种偏置条件 EVM (dB) –40 们提供了富有成果的讨论和测量支持。 SKY66114-11 2.400 to 2.500 21 24 12 2
下的非线性AM-AM和AM-PM特性，包 –45 参考文献 SKY66403-11 2.400 to 2.500 21 22 11 2
括额外的小信号和噪声参数，自动插入 –50 1. R. Hassung et al., “Effective Evaluation of Link Quality
到.s2d文件格式的GCOMP7选项中。得 –55 Using Error Vector Magnitude Techniques,” Wireless
–30 –25 –20 –15 –10 –5 0 Communication Conference, pp. 89–94, 1997. 有关详细信息，请访问我们的网站 www.skyworksinc.com
到的.s2d文件定义了用于EVM仿真的非 2. P. Naraine, “Predicting the EVM Performance of WLAN
输入功率(dBm) Power Amplifiers with OFDM Signals,”Microwave Journal,
线性放大器的特性。 May 2004.
图6所示的测试台使用是德科技先 图9：仿真EVM与测得的EVM。 sales@skyworksinc.com | 美国: 781-376-3000 | 亚洲: 886-2-2735 0399 | 欧洲: 33 (0)1 43548540 | 纳斯达克代码: SWKS |
30 Microwave Journal China 微波杂志 Sep/Oct 2017