VNA로 PA를 볼 때 small-signal 가정을 언제 멈춰야 할까?

Port 1에 작은 power를 넣어도 port 2에는 큰 power가 올 수 있다

Pin = −10 dBm, PA gain 25 dB라면 Pout은 약 +15 dBm이다. Port 2 앞에 20 dB external attenuation이 있으면 receiver path에는 약 −5 dBm이 도달한다. Source setpoint 하나만 보고 receiver safety를 판단할 수 없다.

Full 2-port sweep의 숨은 reverse stimulus

S22와 S12를 측정하려면 port 2 source가 켜진다. PA output은 reverse input power rating이 매우 낮거나 output network가 source drive를 예상하지 않을 수 있다. 처음 bring-up에서는 S21-only forward measurement로 시작한다. 제공 Python 예제는 physical S12/S22에 --execute --rf-on --reverse-drive 세 consent를 모두 요구한다. 모든 physical sweep는 DUT input limit, receiver working limit, 최대 DUT gain과 signed path gain/loss·uncertainty·guard를 명시하고, full configuration query-back과 clean error queue가 확인된 뒤에만 RF를 켠다.

네 종류의 한계를 구분한다

1. Damage limit: 넘으면 하드웨어 손상 가능성이 있는 절대 경계다.
2. Receiver compression test point: data sheet가 특정 amplitude/phase compression을 평가한 조건이다.
3. Specified accuracy range: 동적 정확도와 traceability가 보장되는 조건이다.
4. Station working limit: uncertainty와 guard를 포함해 사용자가 더 낮게 정한 실제 운용 경계다.

E5080B-2K0 without bias tee의 receiver compression 표에는 예를 들어 10 MHz–6.5 GHz에서 +10 dBm, 6.5–9 GHz +9 dBm, 9–16 GHz +7 dBm, 16–20 GHz +4 dBm의 test point가 제시된다. 이 숫자는 보수적인 safe input이 아니다. +27 dBm 또는 ±35 VDC damage condition 역시 작업 목표가 아니다.

Receiver budget을 DUT output plane에서 계산한다

P_port2,estimated = P_DUT,out − L_external_path

P_permitted = P_working_limit − uncertainty − guard

두 값을 비교한다. External path에는 attenuator nominal loss뿐 아니라 cable/coupler loss, frequency response, calibration uncertainty와 worst-case mismatch를 포함한다.

Safe bring-up 순서

1. DUT를 연결하지 않은 상태에서 VNA identity/options/firmware를 확인한다.
2. OUTP OFF, explicit source power limit와 port 2 external protection을 확인한다.
3. Through/attenuator path에서 VNA source linearity와 receiver dynamic accuracy를 baseline으로 만든다.
4. DUT별 gate/drain/bias sequence, current limit, interlock와 temperature limit을 적용한다.
5. S21-only, 최소 verified Pin, narrow safe frequency range로 시작한다.
6. RF ON 후 Pout sensor/receiver, supply current, unexpected oscillation을 확인한다.
7. 작은 step과 dwell로 Pin을 올리고 각 point에서 source query-back, Pout, gain, current, temperature와 receiver range를 저장한다.
8. Limit 초과·timeout·사용자 abort 시 OUTP OFF를 먼저 시도하고 DUT-specific bias safe-down과 diagnostics를 수행한다.

Source compression과 DUT compression을 분리한다

PA를 제거한 verified through/attenuator path에서 같은 source power sweep를 수행한다.

• Requested source가 1 dB 증가했을 때 measured incident power도 1 dB 증가하는가?
• Receiver response가 같은 비율로 linear한가?
• Internal source leveling/range change 지점에서 discontinuity가 없는가?
• Fixture/attenuator가 heating으로 loss를 바꾸지 않는가?

그 뒤 DUT 측정에서 measured Pin 대비 Pout 증가량을 비교한다. Source setpoint만 x-axis로 쓰면 source/path compression이 DUT P1dB로 잘못 보일 수 있다.

Calibration power와 measurement power를 혼동하지 않는다

Active DUT가 연결된 채 guided calibration을 실행하지 않는다. Calibration standard와 DUT topology를 안전하게 전환하고 calibration source limit을 별도로 켠다. Power sweep 중 calibration 조건을 벗어나면 correction validity와 source power calibration method를 다시 평가한다.

Optional Gain Compression Application

E5080B의 Gain Compression Application은 S96086B option/라이선스와 설치 환경에 따라 사용할 수 있다. Application이 compression search와 display를 돕더라도 다음을 자동 해결하지 않는다.

• PA bias/interlock와 thermal policy
• External receiver protection
• DUT input/output absolute power plane calibration
• Source compression baseline
• Reverse-drive safety
• Power sensor/SA/PSU measurement synchronization

Option이 없는 장비에 GCA 전용 명령을 보내지 않고 capability를 *OPT?와 설치 software에서 확인한다.

Stability는 K 숫자 하나로 끝내지 않는다

Low-drive S-parameter에서 K, μ와 stability circle을 계산할 수 있지만, large-signal PA는 bias network, harmonic termination, output power, temperature와 load modulation에 따라 stability가 달라진다. 예상하지 않은 tone이나 noise rise는 SA에서 확인하고 bias current/temperature를 동기화한다.

장비별 책임 지도

E5080B core workflow가 EVM·ACLR를 직접 측정한다고 표현하지 않는다.

G_P(dB)=P_out,DUT-plane(dBm)−P_in,DUT-plane(dBm)

G_linear(Pin)−G_actual(Pin)=1 dB

P_RX,worst=P_out,max−L_path,min+U_path,   require P_RX,worst≤P_working−guard

Small-signal S21과 transducer/operating gain

VNA S21은 matched port convention의 complex wave ratio다. 실제 source/load mismatch에서 delivered gain을 계산할 때는 S11/S22/S12, ΓS/ΓL과 multiple reflection이 필요하다. PA가 compression에 들어가면 한 세트의 linear S-parameter로 모든 drive level을 예측하지 않는다.

One-point transaction

RF OFF → source power set/query → receiver range check → RF ON → settle → INIT/*OPC? → complex data + sensor + PSU read → limits/validity → commit → RF OFF on failure/end

각 point는 calibration ID, path correction, bias/current, temperature, source/receiver overload state와 error queue가 모두 valid일 때만 정상 결과로 commit한다.

Cause/Effect를 자기 말로 닫기

“DUT Pin을 올렸기 때문에 PA Pout이 증가해 port 2 receiver 예상 power도 증가했다. External attenuator 뒤 worst-case input을 자체 working limit과 guard에 비교했고, through baseline에서 source/receiver linearity가 유지된 점만 DUT compression fit에 사용했다. Reverse S-parameter stimulus는 별도 승인 전까지 차단했다.”