GBT 20870.5-2023 半导体器件 第16-5部分：微波集成电路 振荡器

半导体器件第16-5部分：微波集成电路振荡器Part16-5:Microwav国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T20870.5—2023前言 引言 12规范性引用文件 13术语和定义 14基本额定值和特性 34.1通用要求 34.2应用说明 44.3功能规定 44.4极限值(绝对最大额定值体系) 64.5工作条件(在规定工作温度范围内) 74.6电特性 74.7机械和环境额定值、特征和数据 84.8附加信息 85测试方法 85.1通则 85.2振荡频率(fm) 95.3输出功率(Po) 5.6推频量(fopan) 5.7频率牵引(fa.pl) 5.8n次谐波抑制度(Pm/P₁) 5.10电调线性度 5.11振荡频率温度系数(ai.mmg) 5.13杂波抑制度(P,/P₁) 235.14调制带宽(Bma) 5.15灵敏度平坦度 6负载失配的相关测试 266.1负载失配允差(4L) 6.2负载失配强度(业g) 28参考文献 Ⅲ本文件是GB/T20870《半导体器件》的第5部分。GB/T20870已经发布了以下部分：请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。GB/T20870.5—2023/IEC60747-16评价和考核微波集成电路的质量和可靠性起 ——第16-2部分：微波集成电路预分频器。目的在于规定微波集成电路预分频器的术语、字母——第16-3部分：微波集成电路变频器。目的在于规定微波集成电路变频器的术语、基本额定 —第16-5部分：微波集成电路振荡器。目的在于规定微波集成电路振荡器的术语、基本额定——第16-6部分：微波集成电路倍频器。目的在于规定微波集成电路倍频器的术语、基本额定——第16-7部分：微波集成电路衰减器。目的在于规定微波集成电路衰减器的术语、基本额定——第16-8部分：微波集成电路限幅器。目的在于规定微波集成电路限幅器的术语、基本额定——第16-9部分：微波集成电路移相器。目的在于规定微波集成电路移相器的术语、基本额定——第16-10部分：单片微波集成电路技术可接收程序。目的在于规定单片微波集成电路的设计、1振荡器下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文IEC60747-1:2006半导体器件第1部分：总则(Semiconductordevices—Part1:General)IEC60747-4:2007半导体器件分立器件第4部分：微波二极管和晶体管(Semiconductorde-vices—Discretedevices—PaIEC60747-16-3:2002半导体器件第16-3部分：微波集成电路频率转换器(Semiconductordevices-Part16-3;Microwaveintegratedcircuits-FProtectionofelectronicdevicesfromelectrostaticphenomena—Gener5-2:Protectionofelectronicdevicesfromelectrostaticph2在输出端测量的功率。频域测量振荡器的短期频率稳定性。电调灵敏度tuningsensitivityS振荡频率变化与控制电压变化的比值。推频量frequencypushing偏置电压的变化引起振荡频率的变化。fa,ull恒定负载反射系数下，振荡频率随所有相位角的变化量。n次谐波抑制度n-thorderharmonicdistortionratioPmh/P₁输出端n次谐波分量的功率与振荡频率的输出功率之比。振荡频率范围oscillationfrequencyrange振荡频率在最大控制电压和最小控制电压下的差值。输出功率平坦度outputpowerflatness在控制电压范围内最大输出功率与最小输出功率的差值。电调线性度tuninglinearity在最小和最大控制电压范围之间，振荡频率和理想直线的最大偏离与振荡频率范围的比值。3P,/P₁在输出端最大杂波分量的功率与振荡频率处的输出频率之比。负载失配允差loadmismatchtolera器件振荡在所有相位角均未出现非预期的杂波强度和(或)频率调谐特性不连续现象时[仅适用于失配器件在规定条件所有相位角均未出现退化现象时的最大负载VSWR。频率偏移比直流值下降3dB的调制频率。42007的规定。应给出微波集成电路振荡器的详细框图或等效电路信息。功能框图应包括如下部分：5果封装有金属部分，应标明外部引出端与金属部分的所有连接。必要时应说明与所有相关的外部电气引出端功能应按表1列出。引出端编号引出端编号引出端名称引出端功能输出识别 a)引出端名称——利用引出端相互连接、编程和(或)将功能选择数据施加到功能选择端(例如模式选择c)输出识别d)输出电路类型示例：NCNC6 b)如果外部连接和(或)安装元件(例如热沉)对额定值有影响，则应给出这种带有连接和(或)安g)给出的额定值必须覆盖多功能集成电路在整个规定工作温度范围内的工作。如果额定值与温电学极限值应按表2规定。偏置电压(适用时)偏置电流(适用时)控制电压(适用时)控制电流(适用时)引出端电压(适用时)引出端电流(适用时)××需要选择是偏置电压还是偏置电流，是控制电压还是控制电流，是引出端电压还是引出端电流详细规范可在表3(包括脚注a和b)中给出这些值。——电源端与规定电参考点之间的直流电压的极限值；——适用时，规定的电源端之间的极限值；——当需要不止一个电压源时，应说明所施加的电源电压的顺序是否重要，若——当需要不止一个电源时，必要时可规定电源电压和电7a)工作温度(环境或参考点温度);详细规范可在表4(包括脚注a)中给出这些值。 d)输出电流(适用时);e)其他端的电压和(或)电流值；f)外部元件(适用时);应规定的参数见表5。典型值类型AB输出功率P。相位噪声φ(f)电调灵敏度S.一--×一×一--×一一××××1×—一8表5电特性参数(续)ABn次谐波抑制度Psm/P₁振荡频率范围电调线性度输出功率温度系数ar,,负载失配允差业：(适用时)负载失配强度坐(适用时)调制带宽Bm(适用时)灵敏度平坦度(适用时)一一一一一一-1-×1×××-1-×1×--XX×××丨1×--应规定适用的机械和环境额定值(见IEC60747-1:2006中的5.10和5.11)。采用IEC60747-1;2006中6.3、6.4和6.6列出的通用注意事项。另外，应注意使用低纹波直流电源以及在测量频率下对所有偏置电源电压充分去耦。虽然信号大小可以用功率或9测试电路见图1。衰减器的目的是减小振荡频率由于振荡器输出和负载阻抗不匹配而b)(仅适用于VCO)设定控制电压为规定值；相关文件中应规定以下条件：——环境或参考点温度；——偏置条件；——(仅适用于VCO)控制电压。测量规定条件下的输出功率Poa电路图见图1。由公式(1)计算被测器件的输出功率Po。式中：P₁——功率计的指示值，单位是分贝毫瓦(dBm);L₁——A点功率与B点功率间的插入损耗，单位是分贝(dB)。5.3.4电路说明和要求应预先测试插入损耗L₁。5.3.5注意事项5.3.6测试步骤应按以下步骤进行测试：a)提供规定偏置条件；b)(仅适用于VCO)设定振荡频率为规定值；c)用功率计测试P₁,由公式(1)计算Po。相关文件中应规定以下条件：——环境或参考点温度；——偏置条件；——(仅适用于VCO)振荡频率。测量规定条件下的相位噪声。给出三种测试方法：——方法1,使用信号发生器和锁相环(PLL);——方法2,使用延迟线；——方法3,使用频谱分析仪。表6对比了三种相位噪声测试方法。应选择适当的方法。注：方法3不严格，但作为半导体振荡器的评估方法，在工程实践上很实用。方法3适用于幅度噪声忽略的情况。表6相位噪声测试方法对比优势缺点方法1适用于宽频偏范围相位噪声灵敏度受信号发生器噪声的限制不适用于测试载波附近的相位噪声易于操作允许快速检查锁定信号不能测试载波附近相位噪声不能测试漂移信号不能区分幅度噪声5.4.2.2测试方法1测试电路见图2。AA-G或电压注：被测器件可以包含谐振电路。图2相位噪声φ(f)的测试电路图(方法1)φ(f)=Pssn-Po,Pssn距f.规定频偏处的单边带噪声功率密度，单位是分贝毫瓦每赫兹(dBm/Hz)。由公式(3)计算单边带噪声功率密度PssB。 (3)式中：Pnm——距f规定频偏处的双边带噪声功率密度，由波形分析仪或频谱分析仪得到，单位是分贝毫瓦每赫兹(dBm/Hz);L₂用分贝(dB)表示。信号发生器和被测器件会被锁定，使其信号相位相差90°,信号发生器和被测器件间的PLL输出电压波动与相位波动相对应。应预先测量L₂值(见IEC60747-16-3:2002的6.2)。信号发生器的相位噪声应与被测件的相位噪声相当，或优于被测件的相位噪声。应预先测试A点的输出功率P。(见5.3)。应按以下步骤进行测试：a)提供规定偏置条件；b)(仅适用于VCO)设定振荡频率为规定值；c)信号发生器频率设定为被测器件的振荡频率；d)规定频偏处的双边带噪声功率密度Pnss由波形分析仪或频谱分析仪测量得到；e)由公式(3)计算单边带噪声功率密度Psa;f)由公式(2)计算相位噪声φ(f)。相关文件中应规定以下条件：——环境或参考点温度；——(仅适用于VCO)振荡频率；——偏置条件；——偏移频率。5.4.2.3测试方法2测试电路见图3。))AA或制压控电CB应预先测量B点的输出振荡功率P。(见5.3)。d)由公式(3)计算单边带噪声功率密度Psa;e)由公式(2)计算相位噪声(f)。GB/T20870.5—2023/IEC6AAXh电压偏置电压XB图4相位噪声φ(f)的测试电路图(方法3) (4)Pssa=Pssm+L (5)L₂——A点到B点的插入损耗；应预先测量B点的输出振荡功率P。(见5.3)。b)(仅适用于VCO)设定振荡频率为规定值；e)规定频偏处的单边带噪声功率密度Psf)由公式(5)计算单边带噪声功率密度Psg)由公式(4)计算相位噪声φ(f)。测量规定条件下的电调灵敏度。电路图见图1。由公式(6)计算电调灵敏度S: (6)式中：V₁——规定的控制电压；V₂规定的控制电压；fam(V₁)——规定控制电压V;下的振荡频率；f(V₁)——规定控制电压V₂下的振荡频率。5.5.4电路说明和要求见5.2.4,5.5.5注意事项应按以下步骤进行测试：a)提供规定偏置条件；b)fa(V₁)由频率计或频谱分析仪在规定控制电压V:下测量得到；c)fo(V₂)由频率计或频谱分析仪在规定控制电压V,下测量得到；d)由公式(6)计算电调灵敏度S…相关文件中应规定以下条件：——环境或参考点温度；——偏置条件；——控制电压。GB/T20870.5—2023/IEC5.6推频量(fuw.a)测量规定条件下的推频量。电路图见图1。由公式(7)计算推频量fow,puh! (7)fw规定偏压范围内的最大振荡频率；famn——规定偏压范围内的最小振荡频率。5.6.4电路说明和要求5.6.5注意事项5.6.6测试步骤应按以下步骤进行测试：a)提供规定偏置条件；b)(仅适用于VCO)设定振荡频率为规定值；c)在规定范围内改变偏置电压，测量最大和最小振荡频率；d)由公式(7)计算推频量fow.puk。5.6.7规定条件相关文件中应规定以下条件：——环境或参考点温度；——偏置条件；——偏置电压范围；——(仅适用于VCO)振荡频率。5.7频率牵引(fpa)测量规定条件下的频率牵引。测试电路见图5。GB/T20870.5—2023/IEC60747-16-5:2020图5频率牵引f的测试电路图5.7.4电路说明和要求频谱分析仪应能在规定频率范围内工作，以检测无意外振荡和杂波强度。频谱分析仪应具有规定移相器应能保证负载VSWR或负载反射系数大小恒定。线延长器适于达到该目的。移相器的输移相器的所有相位角的反射系数或VSWR应保持不变。c)调节可变衰减器使A点具有规定的负载反射系数；——(仅适用于VCO)振荡频率；GB/T20870.5—2023/IEC5.8n次谐波抑制度(Pm/P₁)测量规定条件下的n次谐波抑制度。电路图见图4。由公式(9)计算n次谐波抑制度Pnm/P₁:Psh/P₁=Pmh-P₁………P₁=P(f₁)+L(f₁)P₁——基波(或期望)频率的输出功率，用分贝毫瓦(dBm)表示；Ph—n次谐波频率的输出功率，用分贝毫瓦(dBm)表示；P(f₁)——在输出频率f:处频谱分析仪的示值，用分贝毫瓦(dBm)表示；P(fmh)——在n次谐振频率fm处频谱分析仪的示值，用分贝毫瓦(dBm)表示；L(f₁)——在输出频率f₁处A点到B点的插入损耗，用分贝(dB)表示；5.8.4电路说明和要求应按以下步骤进行测试：a)提供规定偏置条件；b)(仅适用于VCO)设定振荡频率为规定值；c)用频谱分析仪测量P:和Pmh值；d)由公式(9)计算n次谐波抑制度Pm/P₁。相关文件中应规定以下条件：——环境或参考点温度；——偏置条件；——(仅适用于VCO)振荡频率。测量规定条件下的输出功率平坦度。电路图见图1。见5.3.3中的测试原理。由公式(10)计算输出功率平坦度：△Poe=Posmd—Pooa(mio (10)式中：Poakmuo——规定控制电压范围内的最大输出功率；Poma)——规定控制电压范围内的最小输出功率。见5.3.4。5.9.5注意事项5.9.6测试步骤应按以下步骤进行测试：a)提供规定偏置条件；b)在规定电压范围内改变控制电压；c)在规定控制电压范围内得到最大输出功率和最小输出功率；d)由公式(10)计算输出功率平坦度。相关文件中应规定以下条件：——环境或参考点温度；——偏置条件；——控制电压范围。5.10电调线性度测量规定条件下的电调线性度。电路图见图1。见5.2.3中的测试原理。由公式(11)计算电调线性度δ;:GB/T20870.5—2023/IECfow.mge=fou(Vma)—fou(Vmn)式中：fa(Vm)——规定最大控制电压V…下的振荡频率；fou(Vmh)——规定最小控制电压Vm下的振荡频率；f—实际振荡频率与直线上理想振荡频率的最大差值，直线上理想振荡频率由最小与最大控制电压下的振荡频率连线获得。图6电调线性度5.10.4电路说明和要求5.10.5注意事项见5.2.5。5.10.6测试步骤应按以下步骤进行测试：a)提供规定偏置条件；b)在规定电压范围内改变控制电压；c)在规定控制电压范围内绘制振荡频率与控制电压特性曲线；d)由公式(11)计算电调线性度δr。相关文件中应规定以下条件：——环境或参考点温度；——偏置条件；——控制电压范围。5.11振荡频率温度系数(ai.tmg)测量规定条件下的振荡频率温度系数。测试电路见图7。GB/T20870.5—2023/IEC图7振荡频率温度系数αr.mg的测试电路图5.11.3测试原理由公式(12)计算振荡频率温度系数：式中：T₁,T₂——环境或参考点温度；fe(T₁)——在温度T:下的振荡频率；feu(T₂)——在温度T,下的振荡频率。5.11.4电路说明和要求5.11.6测试步骤应按以下步骤进行测试：a)提供规定偏置条件；b)由环境试验箱、温度传感器和温度计设置环境温度为规定值T₁;c)(仅适用于VCO)设置振荡频率为规定值；d)用频率计或频谱分析仪在规定温度T₁下测量fa(T₁)值；e)由环境试验箱、温度传感器和温度计设置环境温度为规定值T:;f)用频率计或频谱分析仪在规定温度T₂下测量fou(T₂)值；g)由公式(12)计算振荡频率温度系数at.m。相关文件中应规定以下条件： GB/T20870.5—2023/IEC60747-16-——偏置条件；——(仅适用于VCO)振荡频率。5.12输出功率温度系数(ap,)测量规定条件下的输出功率温度系数。电路图见图7。由公式(13)到(15)计算输出功率温度系数：Pau(T₁)=P₁+L₁ (13)P₀a(T₂)=P₂+L₂ (14) (15)式中：L₁——点A到点B的插入损耗，用分贝(dB)T₁,T₂-—环境或参考点温度；P₁——功率计在温度T;下的指示值，用分贝毫瓦(dBm)表示；P₂——功率计在温度T₂下的指示值，用分贝毫瓦(dBm)表示。5.12.4电路说明和要求5.12.5注意事项5.12.6测试步骤应按以下步骤进行测试：a)提供规定偏置条件；b)由环境试验箱、温度传感器和温度计设置环境温度为规定值T₁;c)(仅适用于VCO)设置振荡频率为规定值；d)用频率计在规定温度T:下测量P₁值；e)由环境试验箱、温度传感器和温度计设置环境温度为规定值T₂;f)(仅适用于VCO)再次设置振荡频率为规定值；g)用频率计在规定温度T:下测量P₂值；h)由公式(13)到(15)计算输出功率温度系数ap.mm。5.12.7规定条件GB/T20870.5—2023/IEC电路图见图4。P,/P₁=P,-P₁ b)(仅适用于VCO)设置振荡频率为规定值；d)由公式(16)计算杂波抑制度P,/P₁。——(仅适用于VCO)振荡频率；GB/T20870.5—2023/IEC6露BA控制控制YA堡A双向双向图8调制带宽B的测试电路图在实际的VCO中，恒定调制信号电压V的频率偏移随着调制信号频率fma的增加而减小。频率偏移下降到直流值的一3dB(或0.707倍)时的频率，测试的是控制引出端的频率响应特性。该值定就频率调制(FM)系统而言，载波的频谱响应符合贝塞尔函数特性。边带信号的幅值正比于n阶贝塞尔函数J。(β)。载波的幅值正比于J。(β),第一个边带的幅值正比于J₁(β)等。β=(频率偏移)/f==(Su,×Va)/f