|
Gerard Wimpenny 首席技術(shù)官 Nujira公司及OpenET聯(lián)盟成員 傳統(tǒng)固定電源功率放大器(PA)的設(shè)計過程經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)非常成熟。性能指標也早已確定，設(shè)計人員的工作就是“簡單地”設(shè)計出一個具有最好性能指標的PA。當然實際的實現(xiàn)過程并非一個簡單的任務(wù)，但至少評估標準早已制定好，并且很好理解。不過，對于包絡(luò)跟蹤(ET)功放來說，情況就比較復(fù)雜，要求使用更為復(fù)雜的表征技術(shù)。 包絡(luò)跟蹤的基本原理 包絡(luò)跟蹤的目標是，提高處理高峰均值功率比(PAPR)信號的功放效率。在有限的頻譜資源內(nèi)，取得高數(shù)據(jù)吞吐量的驅(qū)動力要求使用具有高PAPR值的線性調(diào)制方法。傳統(tǒng)固定電源功放在這些條件下工作時的效率非常低。而包絡(luò)跟蹤功放則可以根據(jù)射頻信號的包絡(luò)同步改變功放電源電壓，因此可以極大地提高效率。這種功放的基本輸出特性(功率、效率、增益、相位……)取決于兩個“控制”輸入(射頻輸入功率和電源電壓)，并且可以描述成3D表面。 在典型的包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)中，電源電壓是動態(tài)調(diào)整的，以便跟蹤具有高瞬時功率的射頻包絡(luò)。這時的功放工作在壓縮區(qū)，具有很高的效率。功放的輸出特性主要取決于瞬時電源電壓。反之，當瞬時射頻功率較低時，電源電壓實際上保持恒定狀態(tài)，此時功放的輸出特性主要取決于瞬時輸入功率(線性區(qū))。電源電壓和輸入功率同時影響輸出特性的過渡區(qū)存在于這兩種極端情況之間(見圖1)。
包絡(luò)跟蹤功放的線性度 如果知道功放的幅度/幅度(AM/AM)和幅度/相位(AM/PM)特性，我們就可以建立簡單的功放‘準靜態(tài)’(即無存儲器)行為模型。這些特性和功率與效率等其它關(guān)鍵的功放指標一起深受瞬時射頻包絡(luò)和電源電壓之間的映射的影響。在包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)中，這種映射由包絡(luò)路徑中的‘賦形表’內(nèi)容決定(見圖2)。
‘ISO增益’賦形是一種特殊的映射，在這個過程中將選取瞬時電源電壓以實現(xiàn)特定常數(shù)的功放增益(見圖3)。
在這種映射條件下，盡管在許多包絡(luò)周期內(nèi)，包絡(luò)跟蹤功放系統(tǒng)都工作在壓縮區(qū)，但可以取得很低的AM-AM失真，如圖4所示。圖4也顯示了固定電源工作時的等效軌跡。從圖中可以明顯看出，使用包絡(luò)跟蹤可以真正地實現(xiàn)功放線性化，從而降低鄰道功率比(ACPR)和誤差向量幅度(EVM)。
與使用賦形表線性功放有關(guān)的系統(tǒng)折衷是在線性度有實質(zhì)性改善的情況下(比較圖4和圖6)，效率會有少許損失(比較圖1和圖5)。賦形函數(shù)的選擇對包絡(luò)路徑的帶寬要求也有很大的影響。線性區(qū)和壓縮區(qū)之間的平滑過渡可以在適度減小系統(tǒng)效率(1-2%)的條件下降低對包絡(luò)放大器的帶寬要求。
在設(shè)計固定電源的線性功放時，必須仔細斟酌才能在最大輸出功率時獲得足夠好的線性化性能。有許多因素會影響線性度(如基本技術(shù)特性、偏置和射頻匹配)，因此主要靠功放設(shè)計人員在效率和線性度之間取得最佳平衡。對于包絡(luò)跟蹤功放來說，情況有所不同，因為包絡(luò)跟蹤功放在壓縮區(qū)的線性度不再是獨立的一個功放參數(shù)。這種功放在低功率、低電壓區(qū)域仍必須是線性的，但在更高功率時，幅度線性約束就沒有了，因此可以在不考慮幅度線性度的條件下，設(shè)計出具有最佳包絡(luò)跟蹤效率的功放。與幅度失真不同，相位失真不直接受包絡(luò)賦形表的控制。不過，據(jù)觀察，許多功放工作在包絡(luò)跟蹤模式時確實減少了相位失真。 作為這種‘自我線性化’的結(jié)果，包絡(luò)跟蹤放大器與固定電源放大器相比，可以在信號峰值處進行更大的壓縮，從而允許在給定線性度的條件下提高輸出功率。圖7顯示了工作在固定電源和包絡(luò)跟蹤模式下功放的ACLR和EVM測量值。在這個例子中，-40dBc ACLR時的包絡(luò)跟蹤功放輸出功率要比固定電源功放高出2dB。
|
|
|
