FPGA-based load-pull measurement system

Abstract

Load-Pull ist eine nicht lineare Messtechnik bei der einem Prüfobjekt während einer Messung verschiedene Terminierungen angeboten werden. Aktive Load-Pull Systeme lösen diese Aufgabe mit zurück transmittieren einer modifizierten Version des Ausgangssignals an das Prüfobjekt. Diese Art Messung wird benötigt um nicht lineare Bauteile, wie z.B. Transistoren, zu charakterisieren und kann auch verwendet werden um Bauteile unter realen Bedingungen zu testen. Traditionelle Load-Pull Systeme sind von ihrer Natur aus eher Schmalbandsysteme. Im Zuge dieser Diplomarbeit wurde ein aktives Load-Pull Messsystem aufgebaut und charakterisiert, das Reflexionen über eine Bandbreite von 20 MHz mit konstanten Reflexionskoeffizienten erzeugen kann. Dies wurde mittels digitaler Reflexionssynthese und Filterung im Basisband erzielt. Die Filterung ermöglicht das Ausgleichen der Gruppenlaufzeit verursacht durch Kabel im Messaufbau unter Nutzung eines zyklisch periodischen Eingangssignals durch angleichen der Phase des synthetisierten reflektierten Signals an zukünftige Signalperioden. Weiters wurde ein iterativer Algorithmus entworfen, der, basierend auf Messungen eines zusätzlich implementierten Netzwerkanalysators, den gewünschten Reflexionskoeffizienten erreichen kann. Dieser Algorithmus setzt keine Kalibration voraus und wird benötigt um Prüfobjekte mit lastabhängigem Verhalten testen zu können. Die digitale Reflexionsynthese ist in einem FPGA implementiert. Diese effiziente, pipeline-basierende Implementierung erlaubt hohe Aktualisierungsraten. Weiters wurde eine Kommunikationssoftware entwickelt die auf dem in dem FPGA integrierten Prozessor läuft. Damit wird die Fernsteuerung der digitalen Hardware mittels Ethernet ermöglicht was in automatisierten Prüfaufbauten benötigt wird. Abschließend wurde das Messsystem verifiziert indem die erzeugten Reflexionskoeffizienten mit Messungen eines kommerziell erhältlichen Netzwerkanalysators verglichen wurden.