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一种高效新式WCDMA 直放站PA计划的规划与完成

随着3G 技术的发展,系统容量的不断提高,对系统的线性要求越来越高。功放作为通信系统的主要非线性单元,其性能的改善在整个系统中的作用至关重要。单纯采用用功率回退的方法去满足线性要求越来越困难,同时也难

跟着3G 技能的开展,体系容量的不断进步,对体系的线性要求越来越高。功放作为通讯体系的首要非线性单元,其功能的改进在整个体系中的作用至关重要。单纯选用用功率回退的办法去满意线性要求越来越困难,一起也难以满意日益进步的功率要求。因而使得许多线性化技能被不断运用到功放规划中。

  现在已商用的线性化技能包含前馈、DPD 和模仿预失真。其间前馈技能首要的缺陷是,差错环路不能一起扩大有用信号,导致功率十分低;而DPD 技能首要的特点是,经过处理基带信号到达预失真的作用,因而需求将射频信号先转化成基带信号,处理完结后再还原成射频信号与PA 的输出信号进行组成,完结信号的校对,其最大的缺陷是体系杂乱、难以调试,有用带宽受限。与以上两种线性化手法比较较,模仿预失真体系结构简略,简略调试,功率也可满意需求,因而已成为现在比较受欢迎的线性化办法。

  不过,模仿预失真最重要的便是挑选适宜的非线性器材,其特性要和LDMOS 十分挨近,才干模仿出PA 的非线性特性,终究到达预失真的作用。而这样的器材挑选需求很多的试验数据和验证,这给前期研制带来很大应战。

  本文选用Scintera 公司内部集成的新式预失真芯片SC1887,合作NXP 公司的BLF6G22LS-130,运用Doherty 结构,前级推进运用BLM6G22-30G,终究完结WCDMA 30W 功率输出,为直放站客户供给了一种针对20W 整机的高效、节能的解决计划。

  SC1887 预失真电路构成

  与传统的模仿预失真电路比较较,SC1887 大幅简化了预失真电路的结构,削减了外围元器材的运用,然后使得整个电路愈加紧凑、更易小型化;一起进一步提升了体系可靠性。完结原理如图1 所示。

图1 SC1887预失真完结框图

  该电路选用了闭环结构,抵消作用比传统的开环结构更优异。该芯片经过调理RFin、RFout 和FFFB 三个端口与各个巴伦之间的匹配,能够在600MHz 到2.8GHz 的带宽内正常作业。本计划选用村田制作所(Murata)的高Q %&&&&&%和低差损电感,将三个端口回波控制在18dB 以上(该板是选用Isola公司的专用板材IS680 规划的四层板)。一起可经过SPI 和计算机相连,随时监控其作业状况,使调试愈加简捷高效。

  详细完结计划

  DXY 鼎芯试验室选用NXP 公司的高功能LDMOS,独立规划出一种有用的Doherty 结构,与模仿预失真芯片SC1887 完结了完美结合。射频计划中的预推进选用NXP RFSS BGA6589,推进级选用NXPBLM6G22-30G,末级选用NXP BLF6G22LS-130。比较于业界其他厂家的产品,NXP 的LDMOS 功率高、增益高,在高功率、大功率功放运用方面有着不行代替的优势。

  其间BLF6G22LS-130 单管增益可达17dB,饱满功率55%,做成Doherty 后增益也有15-16dB,末级6dB 回退功率在40%以上。BLM6G22-30G 是塑封的集成二级%&&&&&% 管,增益高达28dB,功率高,是做大功率推进级的首选计划。一起为了进步输出功率,选用研通(Yantel)高频技能公司最新推出的低插损电桥 HC2100A03。

  SC1887 对RFin、RFFB 两个端口的输入信号强度都有必定动态规模要求。为了与功放更好的合作,在环路内运用两个ATT 电路,实时调理主通路和反应通路的增益规模,确保SC1887 在必定的功率输出动态规模内有很好的体现。详细完结电路原理如图2 所示。

图2 功放原理框图

  测验成果剖析

  测验成果如表1所示。从测验数据能够看出,在Pout=44.7dBm时,抵消后ACPR在52dBC以上,能够满意3GPP频谱发射模板。功率能够做到27%,比一般回退功放进步10%以上,显着削减了能耗,远远超出运营商的投标要求,契合当今节能环保、绿色低碳的开展需求。

  经过剖析以上测验成果能够看出,该计划有如下几大优势:

  1.功率高:选用Doherty加模仿预失真的线性化技能,该计划与一般的HPA比较,功率至少进步10%以上。

  2.本钱低:功放管在整个功放本钱中占首要位置,相同的功率输出,该计划比传统的HPA削减一半的运用量,节约本钱。

  3.结构简略,易于调试:简化了预失真电路的结构,削减了外围元器材的运用,使得整个电路愈加紧凑,进步了整个体系的可靠性和一致性,便于出产调试。

图3 2140MHZ 测验成果

图4 WCDMA30W PA计划测验渠道

附录:功放的非线性失真及传统模仿预失真的完结

  功放的非线性失真特性首要由AM-AM失真、AM-PM失真两个特性来表征,如图5所示。

图5 功放的AM-AM、AM-PM特性示意图

  为了便于剖析,咱们疏忽功放的回忆效应,将功放的传输特性标识为:

  Vo(t)=f[Vi(t)] (1)

  其间Vi(t)、Vo(t)分别为功放的输入和输出电压。将该式用泰勒级数打开,取前3项,得到式(2):

  Vo(t)=k1Vi(t)+k2Vi2(t)+K3Vi3(t) (2)

  为简化剖析进程,咱们假定输入为点频信号,即Vi=Acosω1t,则输出信号为:

  Vo(t)=0.5K2A2+(k1A+0.75k3A3)cosω1t+0.5k2A2cos2ω1t+ 0.25k3A3cos3ω1t (3)

  从式3能够看出,因为功放的非线性,输出信号中不只包含有输入信号频率重量,还呈现了新的直流重量、二次谐波和三次谐波重量。其间,基波重量的振幅为k1[1+0.75(k3/k1)A2]A,其间k1为线性增益,0.75k3A2对错线性失真。

  当k3>0时,k1[1+0.75(k3/k1)A2]>k1 ,此刻增益呈现扩张特性;反之,当k3 0时,k1[1+0.75(k3/k1)A2] k1 ,此刻增益呈现紧缩特性。大部分非线性器材(包含LDMOS),其k3 0,跟着输入功率的升高会呈现增益紧缩现象,这便是AM-AM失真。有些非线性器材在特定的偏置状况下会呈现k3>0的增益扩张特性,传统的预失真器便是要找到这样的器材来完结预失真作用。

  AM-PM失真是指输出信号的相位随输入信号起伏的改变而改变。关于一个抱负的扩大器,它的输出信号的相位和输入信号的起伏无关。但是,在实践的扩大器中,输入信号的起伏调制会导致输出信号的相位调制,一般用贝塞尔函数标明,如下:

  

  实践标明,当输入信号为小功率信号时,功放的非线性首要以AM-AM失真为主;而当输入信号为大功率信号时,AM-PM失真较之前者对功放线性的影响更为显着。

  功放的非线性首要是由k30发生增益紧缩而发生的。模仿预失真的原理便是要找到一个k3>0的器材与功放串联,使两者的非线性彼此抵消,使终究功放输出的信号确保在线性状况下。其原理如图6所示。

  为了确保满足的抵消作用,一般预失真都选用双环结构,其完结框图如图7所示。

图7 模仿预失真完结框图

  其间通路III、IV构成预失真发生环路,合路后经通路V经过必要的衰减和移相再与通路I的主信号组成终究完结预失真的作用。一般通路IV上的IM3发生器的器材挑选都比较严厉。

  整个电路需求IV、V两个通路一起严厉的调整衰减和相位,结构比较杂乱,调试难度也很高。

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