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5G通信技术的设计对功率放大器具有哪些设计要求

发布日期:2020-04-14 19:23 来源:和记h88 发布人:和记娱乐 点击:

  在功率放大器(PA)中没有实现高线性度的快速方法。PA在手机的通信基础架构中扮演着非常重要的角色。PA的性能要求将变得更加严格,尤其是随着5G蜂窝移动通信的采用(图1)。

  此外,我们检查了最常用的PA线性化技术,并评估它们是否适合满足PA要求。稍后,我将研究低功耗线性化器IC,并考虑其在5G应用中降低PA功耗和简化PA设计的潜力。

  5G在许多方面都优于当前的通信技术。更高的数据速率同时提供给更多用户,并且移动设备的电池寿命将得到延长。为此,PA必须以尽可能高的效率和更宽的带宽(最高100 MHz)运行。

  如果PA是完全线性的,则它应该只能放大并输出所需的输入信号。但是,实际上,不存在这样的PA。实际上,由于输出信号线性的,因此会产生失真,并且失真会随着放大器接近饱和点而增加(图2)。

  当多音调输入信号时,由于它们线性的,所以在PA输出端会出现不需要的相互调制频率(图3)。

  最大输出功率电平以使整个信号落在PA传输曲线的线性区域内的技术通常称为“补偿”。这种相对简单的方法的缺点在于,PA的效率(将DC功率转换为RF能量的能力)会随着PA的工作点远离饱和点而降低。

  在某些系统中,满足信号峰均功率比(PAR)要求所需的补偿可以将PA效率降低到8%。结果,功耗和系统实施成本增加,并且需要大的散热器。

  为了在不降低效率的情况下提高PA线性度,需要一种称为“预失真”的有源线性化。该技术“预测”了由PA固有的非线性引起的失真量,并将其反相信号注入到信号径中,从而减小了放大器输出端的无用信号与无用信号之比。(图4)。这被指定为相邻信道功率比(ACLR),并且必须至少为-50dBc。

  如图5所示,数字预失真(DPD)在信号链(数字基带)的最早点将预失真校正信号添加到所需信号中。

  DPD系统可以通过多种方式实现。虽然提供全功能版本(基带,数字,配备射频),但某些解决方案使用单独的数字基带和离散射频。

  另一解决方案包括FPGA和RF收发器(以及DPD测量径)。但是,RF收发器必须以输入信号带宽频率的五倍运行,从而增加了设计复杂度,占板面积和功耗(典型值为5W),以用于小型,低功耗应用在某些情况下,DPD不是一种好的线性化技术。

  图6显示了系统的高级框图,该系统利用了另一种称为RF功率放大器线性化(RFPAL)的有源线性化和预失线.射频预失真系统的实现

  该技术利用的RFIN /RFOUT架构和自适应RF预失真技术,仅在所需的点(PA的输入)注入校正信号。

  该器件的工作频率范围高达3.8 GHz,线性化的输入信号带宽高达100 MHz。功耗为1280mW,比DPD解决方案低70%。图8显示了使用该线性化器测量的标准PA的ACLR和效率性能(5个不连续的20MHz LTE通道,PAR 10dB)。

  在37dBm的输出功率水平下,该PA的效率为23%,ACLR为-50dB(关闭RFPAL时,ACLR大约好8dB)。此外,RFPAL器件已经由数个广泛使用的PA(A类,AB类和Doherty)进行了评估,使其成为一种“即插即用”解决方案,从而简化了设计并缩短了开发时间。它导致缩短和降低风险。

  但是,DPD是一种复杂的方法,会导致整个系统的功耗增加以及解决方案的增加。总之,较小的即插即用RFPAL IC可以提供一种更简单的低功耗线性化技术。该IC可提高高达100MHz输入信号带宽的PA效率。该器件适合在各种应用中用于各种架构(A类/ AB类/ Doherty),工艺(GaAs,GaN,InGa)和频率(698MHz至3.8GHz)的PA中。该设备是5G基础设施等应用的理想选择。

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