[問題]功率放大電晶體小訊號與大訊號

[p94107 (Laikang)]

小弟為剛跨入射頻領域的新手，

目前在看功率電晶體元件(HEMT)相關paper的時候，

在解讀數據上有些問題，希望版上的大大能幫忙解惑。

在觀念不足敘述可能胡言亂語，還請大大能包容。



通常在RF的數據都會包含小訊號跟大訊號

小訊號主要是有 ft, fmax

大訊號則是 Pout, PAE, Gp

都是on wafer量測下的結果 (如下示意圖)
https://imgur.com/a/2wrf3Hw

問題如下：

（１）據我所知on wafer的元件只有設計GSG pad
      並沒有做任何的阻抗匹配
      在小訊號量測的時候直接下針量測到S參數
      然而經由量測到的S參數經由ADS轉換得到的fmax (MAG/MSG @0dB)
      據我查資料得到MAG/MAG是在conjugate matching的結果

      為什麼元件沒有做量測的阻抗匹配
      卻能得到有conjugate matching (MAG/MSG)的結果呢??
      另外，這個conjugate matching應該不是跟網儀的50歐姆做匹配吧??

（２）小訊號量測會額外像大訊號一樣使用tuner做阻抗匹配量測嗎??
      若是這樣量測得到的S參數應該會不同吧??
      那ft(H21=0dB)和fmax(MAG/MSG=0dB)是否也會改變呢??
      改變的結果跟元件de-embedded後的結果有關係嗎?

（３）大訊號的量測是透過Load-pull system
      因此是有透過tuner做input&output的阻抗匹配
      那當我在大訊號定在10 GHz的數據中(如示意圖上黃色的數字)
      假設我的Pin為-15dBm 對應到的Gp為20dB
      那又假設恰好在小訊號量測的時候恰好也提供-15dBm的功率

      請問此時在小訊號上10 GHz是否也是對應到MAG/MSG=20dB  ???

（４）若問題(3)成立，那我量測到小訊號的MAG/MSG
      可以說是能先透過小訊號預估在大訊號不同頻率下的特性(Gp)嗎?


以上幾個問題，還請版上大大能不吝指教!!





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※ 編輯: p94107 (1.170.157.94 臺灣), 07/06/2019 22:29:13
※ 編輯: p94107 (1.170.157.94 臺灣), 07/06/2019 22:30:25
推 jack14002: (1) 有sp檔就可以算MSG/MAG，是跟input
→ jack14002: 和output impedance做conjugate
因為從未阻抗匹配的S參數，能間接得到理想的conjugate是多少，再透過ADS輔助計算得到說
在conjugate下，最為理想的power gain曲線 (MAG/MSG)是多少是嗎?
推 jack14002: (3) 如果把source, load 換成理想的共
→ jack14002: 軛阻抗，才有可能，不然實際matching電
→ jack14002: 路必有loss，小訊號S21不可能等於MSG/M
→ jack14002: AG
這部分的意思是說在小訊號得到的MAG/MSG只能理想的估計power gain，但是在load-pull
tune過的並不能達到理想的power gain (可能因為tuner的限制或是matching電路的loss)
→ jack14002: (4) MSG/MAG只用於提供小訊號最大增益
→ jack14002: 的資訊，跟大訊號無關
這邊的意思是說小訊號的MAG/MSG 是推測此電晶體在線性下，最為理想的conjugate後
最大增益的資訊
即使大訊號輸入的Pin很小(趨於線性行為??)，也會因為上述所提到的matching電路loss
而沒辦法拿小訊號的行為來做預估大訊號
那小訊號得到(ft,fmax)的資訊，不就只能當成一個FOM的指標嗎?
※ 編輯: p94107 (114.33.97.77 臺灣), 07/07/2019 09:38:25
※ 編輯: p94107 (114.33.97.77 臺灣), 07/07/2019 09:51:28
推 jack14002: 先回答(4): pin很小是小訊號，pin很大
→ jack14002: 是大訊號。大訊號gain會掉，因為是非線
→ jack14002: 性，電晶體的寄生容值發生改變。S參數
→ jack14002: 以及用S參數推導出來的東西（MSG/MAG)
→ jack14002: 全部都是小訊號參數
推 jack14002: 本來就不能預估大訊號，不然還需要設計
→ jack14002: PA嗎？用小訊號conjugate matching就好
推 jack14002: ft/fmax本來就是評估電晶體最高操作頻
→ jack14002: 率用的，不同bias情況下會不一樣。不
→ jack14002: 算是FOM，FOM通常要把功耗也考慮進去
推 jack14002: （1)去看一下Zin, Gamma_in, S參數的
→ jack14002: 公式吧，ADS會幫你算出來，也可以點hel
→ jack14002: p起來看怎麼計算MAG
推 jack14002: (3)paper的意思可能是在量測的時候去
→ jack14002: 調輸出跟輸入阻抗，找到剛好兩邊都共軛
→ jack14002: 匹配的點，然後去量大訊號吧。沒有loss
→ jack14002: 的問題，因為量測會K掉
→ jack14002: 不過我不太清楚，因為這邊load-pull不
→ jack14002: 是用來設計PA，我不熟