CN110907784A - 一种射频功率放大器中晶体管s参数提取方法 - Google Patents

一种射频功率放大器中晶体管s参数提取方法 Download PDF

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杨闯
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Abstract

一种射频功率放大器中晶体管S参数提取方法，首次应用微波网络理论，去除射频功率放大器中晶体管***电路影响，进而获取晶体管的S参数，为晶体管建模提供宝贵的数据，这种方法可以为提取工作在功率放大器中晶体管的可靠性建模提供有效的实验数据。

Description

一种射频功率放大器中晶体管S参数提取方法
技术领域
本发明涉及射频晶体管S参数提取领域，尤其涉及一种射频功率放大器中晶体管S参数提取方法。
背景技术
晶体管作为射频电路的核心器件，其可靠性问题得到广泛关注[1]，[2]。研究表明，应力实验是研究晶体管可靠性的重要手段[3]。大多数应力实验是升高晶体管的供电电压以加速晶体管退化的物理效应，如加速热载流子注入效应（HCI）、负偏压温度不稳定效应（NBTI）和与时间相关的击穿效应（TDDB）等，获得退化后晶体管的参数。目前，已有研究人员应用这种应力实验获取退化后晶体管的S参数，并提取其退化后的射频小信号模型[4]。但这种模型参数提取结果不具有指导射频功率放大器设计的功能。原因是：射频输入功率会影响晶体管的性能退化[5]，而已有研究的模型并没有考虑射频功率的影响。除此之外，不同类型的射频功率放大器，其输出电压波形不同，且输出等效电压值极大，如E类射频功率放大器的输出电压大于3.5倍漏极直流供电电压，同样会影响晶体管的性能退化。因此，为了指导射频功率放大器可靠性设计，需要考虑射频信号的影响。
为了解决该问题，需要将晶体管放在功率放大器中，模拟晶体管的实际工作情况。但是，为了得到晶体管的射频模型，必须去除晶体管的***匹配电路，获得晶体管管脚作为参考面的S参数。
【参考文献】
[1] Xiao E, Yuan J S, Yang H. CMOS RF and DC reliability subject to hotcarrier stress and oxide soft breakdown[J]. IEEE Transactions on Device andMaterials Reliability, 2004, 4(1): 92-98.
[2] Ruzzarin M, Meneghini M, Barbato A, et al. Degradation mechanisms ofGaN HEMTs with p-type gate under forward gate bias overstress[J]. IEEETransactions on Electron Devices, 2018, 65(7): 2778-2783.
[3] Tyaginov S, Jech M, Franco J, et al. Understanding and modeling thetemperature behavior of hot-carrier degradation in SiON nMOSFETs[J]. IEEEElectron Device Letters, 2016, 37(1): 84-87.
[4] Zarate-Rincon F, García-García D, Vega-González V H, et al.Characterization of hot-carrier-induced RF-MOSFET degradation at differentbulk biasing conditions from S-parameters[J]. IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques, 2016, 64(1): 125-132.
[5] Yuan J S, Yen H D, Chen S, et al. Experimental verification of RFstress effect on cascode class-E PA performance and reliability[J]. IEEETransactions on Device and Materials Reliability, 2012, 12(2): 369-375。
发明内容
为了解决现有技术存在的难题，本发明提出一种射频功率放大器中晶体管S参数提取方法。以微波网络理论为工具，可根据射频功率放大器S参数，提取晶体管管脚作为参考面的S参数，该方法为晶体管建模提供宝贵的数据。
一种射频功率放大器中晶体管S参数提取方法，包括如下步骤（如图1所示）：
1、设计一款射频功率功率放大器，包括输入匹配网络、晶体管和输出匹配网络（如图2所示）；
2、测试整个射频功率放大器的S参数，即SPA；
3、测试射频功率放大器输入匹配网络的S参数，即SIM；
4、测试射频功率放大器输出匹配网络的S参数，即SOM；
5、应用微波网络理论，利用上述测试得到的3组S参数，提取晶体管管脚作为参考面的S参数，具体计算过程如下：
（ⅰ）根据S参数和ABCD矩阵定义，将S矩阵转换成ABCD矩阵；
（ⅱ）根据ABCD矩阵性质，计算出晶体管的ABCD矩阵：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
(1)
（ⅲ）将晶体管ABCD矩阵转换成S参数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
(2)
其中，Z0是传输线的特征阻抗，所有公式成立的前提是：3个网络端口的特征阻抗都是Z0。
一种射频功率放大器中晶体管S参数提取方法，首次应用微波网络理论，去除射频功率放大器中晶体管***电路影响，进而获取晶体管的S参数，为晶体管建模提供宝贵的数据，这种方法可以为提取工作在功率放大器中晶体管的可靠性建模提供有效的实验数据。
附图说明
图1是本发明S参数提取流程示意图；
图2是本发明射频功率放大器示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明技术方案进行详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
首先，设计一款如图2所示的板级射频功率放大器作为待测物。然后，按照图1所示流程，测试该板级射频功率放大器的S参数，并将其转换成ABCD矩阵；再然后，测试该射频功率放大器输入匹配网络的S参数，并转换成ABCD矩阵；再然后，测试该射频功率放大器输出匹配网络的S参数，并转换成ABCD矩阵；再然后，利用三个ABCD矩阵提取晶体管的ABCD矩阵；最后，将ABCD矩阵转换成S参数。

Claims (1)

1.一种射频功率放大器中晶体管S参数提取方法，其特征在于：包括如下步骤：
1、设计一款射频功率功率放大器，包括输入匹配网络、晶体管和输出匹配网络；
2、测试整个射频功率放大器的S参数，即SPA；
3、测试射频功率放大器输入匹配网络的S参数，即SIM；
4、测试射频功率放大器输出匹配网络的S参数，即SOM；
5、应用微波网络理论，利用上述测试得到的3组S参数，提取晶体管管脚作为参考面的S参数；具体计算过程如下：
（ⅰ）根据S参数和ABCD矩阵定义，将S矩阵转换成ABCD矩阵；
（ⅱ）根据ABCD矩阵性质，计算出晶体管的ABCD矩阵：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
(1)
（ⅲ）将晶体管ABCD矩阵转换成S参数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(2)
其中，Z0是传输线的特征阻抗，所有公式成立的前提是：3个网络端口的特征阻抗都是Z0。
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