隨著3G技術(shù)的發(fā)展,，系統(tǒng)容量的不斷提高,，對(duì)系統(tǒng)的線性要求越來越高。功放作為通信系統(tǒng)的主要非線性單元,，其性能的改善在整個(gè)系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要,。單純采用用功率回退的方法去滿足線性要求越來越困難，同時(shí)也難以滿足日益提高的效率要求,。因而使得很多線性化技術(shù)被不斷應(yīng)用到功放設(shè)計(jì)中,。
目前已商用的線性化技術(shù)包括前饋、DPD和模擬預(yù)失真,。其中前饋技術(shù)主要的缺點(diǎn)是，誤差環(huán)路不能同時(shí)放大有用信號(hào),，導(dǎo)致效率非常低,；而DPD技術(shù)主要的特點(diǎn)是，通過處理基帶信號(hào)達(dá)到預(yù)失真的效果,，因此需要將射頻信號(hào)先轉(zhuǎn)化成基帶信號(hào),，處理完成后再還原成射頻信號(hào)與PA的輸出信號(hào)進(jìn)行合成，完成信號(hào)的校正,，其最大的缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜,、難以調(diào)試，有效帶寬受限,。與以上兩種線性化手段相比較,，模擬預(yù)失真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)試,，效率也可滿足需求,，因此已成為現(xiàn)在比較受歡迎的線性化方法。
不過,，模擬預(yù)失真最重要的就是選擇合適的非線性器件,，其特性要和LDMOS非常接近,，才能模擬出PA的非線性特性，最終達(dá)到預(yù)失真的效果,。而這樣的器件選擇需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和驗(yàn)證,，這給前期研發(fā)帶來很大挑戰(zhàn)。
本文采用Scintera公司內(nèi)部集成的新型預(yù)失真芯片SC1887,，配合NXP公司的BLF6G22LS-130,，使用Doherty結(jié)構(gòu)，前級(jí)推動(dòng)使用BLM6G22-30G,，最終完成WCDMA30W功率輸出,，為直放站客戶提
供了一種針對(duì)20W整機(jī)的高效、節(jié)能的解決方案,。
SC1887預(yù)失真電路構(gòu)成
與傳統(tǒng)的模擬預(yù)失真電路相比較,，SC1887大幅簡化了預(yù)失真電路的結(jié)構(gòu)，減少了外圍元器件的應(yīng)用,，從而使得整個(gè)電路更加緊湊,、更易小型化；同時(shí)進(jìn)一步提升了系統(tǒng)可靠性,。實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示,。
圖1SC1887預(yù)失真實(shí)現(xiàn)框圖
該電路采用了閉環(huán)結(jié)構(gòu)，對(duì)消效果比傳統(tǒng)的開環(huán)結(jié)構(gòu)更優(yōu)異,。該芯片通過調(diào)節(jié)RFin,、RFout和FFFB三個(gè)端口與各個(gè)巴倫之間的匹配，可以在 600MHz到2.8GHz的帶寬內(nèi)正常工作,。本方案采用村田制作所(Murata)的高Q電容和低差損電感,將三個(gè)端口回波控制在18dB以上（該板是采用Isola公司的專用板材IS680設(shè)計(jì)的四層板）,。同時(shí)可通過SPI和計(jì)算機(jī)相連，隨時(shí)監(jiān)控其工作狀態(tài),，使調(diào)試更加簡捷高效,。
具體實(shí)現(xiàn)方案
DXY鼎芯實(shí)驗(yàn)室采用NXP公司的高性能LDMOS，獨(dú)立設(shè)計(jì)出一種實(shí)用的Doherty結(jié)構(gòu),，與模擬預(yù)失真芯片SC1887實(shí)現(xiàn)了完美結(jié)合,。射頻方案中的預(yù)推動(dòng)采用NXPRFSSBGA6589，推動(dòng)級(jí)采用NXPBLM6G22-30G,，末級(jí)采用NXPBLF6G22LS-130,。相比于業(yè)內(nèi)其他廠家的產(chǎn)品，NXP的LDMOS效率高,、增益高,，在高效率、大功率功放應(yīng)用方面有著不可替代的優(yōu)勢,。
其中BLF6G22LS-130單管增益可達(dá)17dB,，飽和效率55%,，做成Doherty后增益也有15-16dB，末級(jí)6dB回退效率在40% 以上,。BLM6G22-30G是塑封的集成二級(jí)IC管,，增益高達(dá)28dB，效率高,，是做大功率推動(dòng)級(jí)的首選方案,。同時(shí)為了提高輸出功率，采用研通 (Yantel)高頻技術(shù)公司最新推出的低插損電橋HC2100A03,。
SC1887對(duì)RFin,、RFFB兩個(gè)端口的輸入信號(hào)強(qiáng)度都有一定動(dòng)態(tài)范圍要求。為了與功放更好的配合,，在環(huán)路內(nèi)使用兩個(gè)ATT電路,，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)主通路和反饋通路的增益范圍，確保SC1887在一定的功率輸出動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)有很好的表現(xiàn),。具體實(shí)現(xiàn)電路原理如圖2所示,。
圖2功放原理框圖
測試結(jié)果分析
測試結(jié)果如表1所示。從測試數(shù)據(jù)可以看出,，在Pout=44.7dBm時(shí),對(duì)消后ACPR在52dBC以上,，可以滿足3GPP頻譜發(fā)射模板。效率可以做到27%,，比普通回退功放提高10%以上,，顯著減少了能耗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出運(yùn)營商的招標(biāo)要求,，符合當(dāng)今節(jié)能環(huán)保,、綠色低碳的發(fā)展需求。
通過分析以上測試結(jié)果可以看出,，該方案有如下幾大優(yōu)勢：
1.效率高：采用Doherty加模擬預(yù)失真的線性化技術(shù),，該方案與普通的HPA相比,，效率至少提高10%以上,。
2.成本低：功放管在整個(gè)功放成本中占主要地位，同樣的功率輸出,，該方案比傳統(tǒng)的HPA減少一半的使用量,，節(jié)省成本。
3.結(jié)構(gòu)簡單,，易于調(diào)試：簡化了預(yù)失真電路的結(jié)構(gòu),，減少了外圍元器件的應(yīng)用，使得整個(gè)電路更加緊湊,，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和一致性,，便于生產(chǎn)調(diào)試,。
圖32140MHZ測試結(jié)果
圖4WCDMA30WPA方案測試平臺(tái)
附錄：功放的非線性失真及傳統(tǒng)模擬預(yù)失真的實(shí)現(xiàn)
功放的非線性失真特性主要由AM-AM失真、AM-PM失真兩個(gè)特性來表征,，如圖5所示,。
圖5功放的AM-AM、AM-PM特性示意圖
為了便于分析,，我們忽略功放的記憶效應(yīng),，將功放的傳輸特性標(biāo)識(shí)為：
Vo(t)=f[Vi(t)](1)
其中Vi(t)、Vo(t)分別為功放的輸入和輸出電壓,。將該式用泰勒級(jí)數(shù)展開,，取前3項(xiàng)，得到式(2)：
Vo（t）=k1Vi(t)+k2Vi2(t)+K3Vi3(t)(2)
為簡化分析過程,，我們假設(shè)輸入為點(diǎn)頻信號(hào),，即Vi=Acosω1t,則輸出信號(hào)為：
Vo(t)=0.5K2A2+(k1A+0.75k3A3)cosω1t+0.5k2A2cos2ω1t+0.25k3A3cos3ω1t(3)
從式3可以看出，由于功放的非線性,，輸出信號(hào)中不僅包含有輸入信號(hào)頻率分量,，還出現(xiàn)了新的直流分量、二次諧波和三次諧波分量,。其中,，基波分量的振幅為k1[1+0.75(k3/k1)A2]A,其中k1為線性增益，0.75k3A2是非線性失真,。
當(dāng)k3>0時(shí),，k1[1+0.75(k3/k1)A2]>k1,此時(shí)增益呈現(xiàn)擴(kuò)張?zhí)匦裕环粗?，?dāng)k3<0 時(shí),，k1[1+0.75(k3/k1)A2]
AM-PM失真是指輸出信號(hào)的相位隨輸入信號(hào)幅度的變化而變化。對(duì)于一個(gè)理想的放大器,，它的輸出信號(hào)的相位和輸入信號(hào)的幅度無關(guān),。然而,，在實(shí)際的放大器中，輸入信號(hào)的幅度調(diào)制會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)的相位調(diào)制,，一般用貝塞爾函數(shù)表示,，如下：
實(shí)際表明，當(dāng)輸入信號(hào)為小功率信號(hào)時(shí),，功放的非線性主要以AM-AM失真為主,；而當(dāng)輸入信號(hào)為大功率信號(hào)時(shí)，AM-PM失真較之前者對(duì)功放線性的影響更為明顯,。
功放的非線性主要是由k3<0產(chǎn)生增益壓縮而產(chǎn)生的,。模擬預(yù)失真的原理就是要找到一個(gè)k3>0的器件與功放串聯(lián)，使兩者的非線性相互抵消,，使最終功放輸出的信號(hào)保證在線性狀態(tài)下,。其原理如圖6所示。
圖6預(yù)失真原理框圖
為了保證足夠的對(duì)消效果,，一般預(yù)失真都采用雙環(huán)結(jié)構(gòu),，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖7所示。
圖7模擬預(yù)失真實(shí)現(xiàn)框圖
其中通路III,、IV構(gòu)成預(yù)失真產(chǎn)生環(huán)路,，合路后經(jīng)通路V通過必要的衰減和移相再與通路I的主信號(hào)合成最終完成預(yù)失真的效果。一般通路IV上的IM3產(chǎn)生器的器件選擇都比較嚴(yán)格,。
整個(gè)電路需要IV,、V兩個(gè)通路同時(shí)嚴(yán)格的調(diào)整衰減和相位，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,，調(diào)試難度也很高,。