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5G PA的线性化技术

关键词:线性化技术 移动通信 5G蜂窝移动通信

时间:2020-02-28 16:12:15      来源:网络

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)。

在5G通信中需要高性能的功率放大器

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)。

 

图1.第五代蜂窝移动通信

在本文中,我们讨论5G通信技术将实现的功能和优势,以及对功率放大器设计的相应要求。

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设计挑战

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。

放大器线性度

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,由于输出信号是非线性的,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)。

 

图2.输出功率和失真之间的关系

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

 

图3. PA产生的互调

为了减少PA失真,必须使用某种形式的线性化。以下各节描述了5G环境中最常见的线性化技术的行为和适用性。

限制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。

主动线性化

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路径中,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。

 

图4.具有预失真线性化的PA的输出特性

有源线性化有两种常见类型:数字预失真(DPD)和RF功率放大器线性化(RFPAL)。

DPD

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。

 

图5.数字预失真系统的实现

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测量路径)。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。

RFPAL

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真技术。

 

图6.射频预失真系统的实现

该技术利用独立的RF IN / RF OUT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。

这意味着该系统由更简单,更小的发射机和基带组成,可以在较低的频率(输入信号带宽)下运行,并且功耗比DPD系统低。直到最近,使用RFPAL的最大线性化输入通道带宽仅为60MHz。图7显示了克服了这一问题的新型RFPAL IC。

 

图7. SC1905 RFPAL标准应用电路

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)。

 

图8.使用SC1905 RFPAL的PA ACLR

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。

该IC是因为它已经在9毫米×9毫米QFN封装被提供,所述溶液(电源,散热片,包括外壳)的整体尺寸是6.5厘米2需要。此外,在高达6 GHz的应用中,如有必要,可以使用混频器对线性化的PA信号进行上变频。

构建5G通信设备所需的条件

需要5G通信设备以更高的带宽和效率运行。所用功率放大器的线性和效率对于满足这些要求至关重要。

这次,我们介绍了一些最常用的PA线性化技术已证明将DPD用作有源线性化技术可改善整体线性度和效率。

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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