Bias-tee在射频测试中的应用

2021-04-27 16:25:41      点击:

Bias-tee的中文名字叫做偏置器,顾名思义就是将直流偏置加入射频信号的一种装置。其内部构造比较直观,如下图所示。

Bias-tee偏置器

Bias-tee构造图

Bias-tee是一个三端口器件,三个端口分别是RF-in,DC-in,RF+DC-out。 从构造图上可以看到,RF-in前端有一个电容,用来隔直,防止直流电流进入并毁坏射频源。DC-in前端有一个电感,能够阻止射频信号对直流电源造成影响。直流和射频信号在RF+DC-out端口输出。Bias-tee的最大作用就是将直流和射频信号集中到了一个同轴端口进行输出,可以同时满足直流供电和射频输入的作用。多用在芯片测试,MOS器件提参,有源天线测试中。
Bias-tee结构单一,但是想要用好却是不容易。尤其是在射频测试中,下面就Bias-tee的几种应用场景和方式来进行具体分析


直接使用仪器自带的Bias-tee进行测试


在使用Bias-tee时,有两个量是我们要优先考虑的,第一个是Bias-tee的工作频率范围,而使用仪器自带的Bias-tee可以巧妙的避开这个问题,因为一般射频测试设备自带的Bias-tee都是和仪器同频段。以我们MMIC实验室的矢量网络分析仪为例。矢网原理图如下:

Bias-tee偏置器位置

矢网内部结构和Bias-tee位置

从图上可以看出,Bias-tee位置在衰减器之后, 直接接在输出端口末端,因此在输出端口和Bias-tee之间没有结构,Bias-tee出问题的概率很小。如果某路Bias-tee不工作优先考虑保险丝被烧断了。第二个需要注意的问题和此有关,是Bias-tee最大承载的直流信号和功率。一般在Bias-tee端口会明确标出此Bias-tee的承载电流和电压。

Bias-tee偏置器

矢网机器背板的Bias-tee

仪器上的Bias-tee统一使用BNC接头进行输入,需要注意的是,链路中的直流和射频功率还要注意测试件和测试夹具的烧毁功率,在矢量网络分析仪N5247B(10MHz-67GHz)系统中Bias-tee保险的烧毁电流是500mA、电压250V(如上图标注),但是在N5290A(10MHz-110GHz)中,Bias-tee最大电流1A,电压50V。如果是在片测试的话,还要考虑探针的最大承受电流和功率例如Cascade的Infinity GSG探针最大承载电流是500mA,具体情况还要根据具体使用探针来确定。

Bias-tee偏置器

矢网110G扩频模块上的Bias-tee

使用Bias-tee模块拓展测试系统进行测试


除了上述的直接使用仪器自带的Bias-tee进行测试外,我们还可以使用单独的Bias-tee模块将直流和射频信号合二为一。这些模块的指标和结构与仪器上的Bias-tee大同小异,要注意的是这些模块的工作频率范围,以及在它工作频率范围内的插入损耗和驻波。一个好的Bias-tee应该在其工作频率范围内插损不大而驻波很小。前者如果过大的话会影响到测试准确性,同时造成射频功率浪费。而后者代表这个Bias-tee匹配很好。
当需要使用四线制测试时,Bias-tee的DC-in分为了DC Force-in和DC Sense-in,这种Bias-tee都是成对儿使用的,因为当我们需要同时对一个器件的的输入和输出使用Bias-tee时,就需要颠倒Force和Sense的位置。如下图所示。


Bias-tee偏置器

10MHz-67GHz用于四线测试Bias-tee

那么有个很有趣的假设,如果一个低频的Bias-tee用在高频测试中,会对测试带来什么影响呢?我们来定量的测试一下。
我用一个45MHz-50GHz的Bias-tee和一个10MHz-67GHz的Bias-tee分别在67G信号下进行测试。

Bias-tee偏置器

45MHz-50GHz用于四线制测试Bias-tee


Bias-tee偏置器

45MHz-50GHz的Bias-tee 11612V K11

Bias-tee偏置器

10MHz-67GHz的Bias-tee 11612V K69

从测试结果可以看出,45MHz-50GHz的Bias-tee插损由最开始的-0.2dBm慢慢变大,在50G时到-4.0dBm,在超过55G后急剧增大,在60G之后几乎无法传输射频信号了,而 10MHz-67GHz的Bias-tee在67G全频段内都在-3dBm左右。因此,如果你想更好的使用手中Bias-tee,需要更加仔细的了解它,最有效的方法就是放到仪器上去测试一下。


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