盡管 5G 通信系統需要線性放大來保持調制保真度，但為了提供一個便于比較的性能指標，還是有必要測量輸出 P1dB 和 PAE。測量所得性能如圖 8 所示，可見 P1dB 在 20.2dBm 左右，并在飽和時上升到 21dBm。FEM 的發射通道 PAE 約為 20%，僅在該頻帶的高段略有下降。
圖 8：發射通道測得的 P1dB 和 PAE 隨頻率的變化關系
如上所述，該 FEM 的設計是為了實現從 P1dB 回退 7dB 左右時的最佳性能指標(OIP3 和 PAE)。具體指標是在 100MHz 間隔的雙頻測試中，IMD3(三階交調項)相對于所需有用信號，要低 -35dBc。這個工作點很接近于該射頻前端將用于的 5G 系統的設定要求。
圖 9 顯示了在 -35dBc 的 IMD3 點工作時，測量和仿真的 PAE 和總射頻輸出功率的關系圖。測得的 PAE 達到較好的 6.5%，主要是由于 PA 被設計工作在深 AB 類。總射頻輸出功率大約為 13.5dBm，這對應于+28dBm 的 OIP3 功率。
圖 9：7dB 功率回退下發射通道測試和仿真所得的功率和 PAE 比較。
根據片上射頻通道功率檢測器的特性，可通過一個直流電壓監測射頻輸出功率的大小。圖 10 給出了溫度補償檢測器輸出電壓“Vref-Vdet”(mV 為單位，對數坐標)與輸出功率(單位 dBm)的關系，包含了超過 15dB 的變化范圍。在對數坐標下這個特性關系是線性的，使得功率監測更容易。
圖 10：28GHz 時射頻前端模塊發射通道的片上功率檢測器輸出特性曲線
當使用 FEM 的接收通道時，PA 被關閉，“Vctrl1”設置為 0V，LNA 被偏置在+4V 電源下 10mA 左右，此時在“LNA_Vsense”引腳上觀察到 3.9V 電壓。圖 11 給出了測量和仿真增益和噪聲系數(NF)的比較。測得的小信號增益約為 13.5dB，整個頻段的增益平坦度達到±0.3dB。接收通道具有極佳的噪聲系數，從 27 到 29GHz 的典型值為 3.3dB，且仿真和測量到的性能之間具有良好的一致性。
圖 11：接收通道測試和仿真所得增益與噪聲系數
接收通道也具有相當不錯的線性度，且只消耗不大的功率(只有 40mW：4V 時 10mA)。諸如 P1dB 和 OIP3 等關鍵指標在整個頻段分別為 6.2 和 21dBm 左右。圖 12 是測試所得 P1dB 和 OIP3 隨頻率變化的關系。
圖 12：接收通道測試所得 P1dB 和 OIP3
4. 結論
本文介紹的射頻前端 MMIC 將在未來的 28GHz 頻段 5G 系統中發揮關鍵作用。該模塊已經驗證可以滿足集成到毫米波相控陣或波束切換終端的所有要求，并提供卓越的發射通道線性度和效率，同時還有出色的接收噪聲系數。發射和接收通道的關鍵性能指標都達到了設計要求，使得該模塊非常適合毫米波 5G 應用。該芯片還包括了多種實用的功能，如發射功率檢測器、發射和接收賦能電路，SPDT 譯碼器電路和接收偏置監測電路。采用最先進的 0.15μm 增強型砷化鎵 PHEMT 工藝實現。該模塊非常易于使用常見的多通道 ADC 和 DAC 芯片進行控制和監測。此外，該模塊可方便地封裝在一個緊湊且低成本的 5mm × 5mm QFN 表貼塑料封裝中。