在5G通讯中需求高功用的功率扩大器
在功率扩大器(PA)中没有完成高线性度的快速办法。PA在手机的通讯根底架构中扮演着非常重要的人物。PA的功用要求将变得愈加严厉,尤其是跟着5G蜂窝移动通讯的选用。
在本文中,咱们评论5G通讯技能将完成的功用和优势,以及对功率扩大器规划的相应要求。
此外,咱们查看了最常用的PA线性化技能,并评价它们是否合适满意PA要求。稍后,我将研讨低功耗线性化器IC,并考虑其在5G运用中下降PA功耗和简化PA规划的潜力。
5G规划应战
5G在许多方面都优于当时的通讯技能。更高的数据速率一起供给给更多用户,而且移动设备的电池寿数将得到延伸。为此,PA有必要以尽可能高的功率和更宽的带宽(最高100 MHz)运转。
扩大器线性度
假如PA是彻底线性的,则它应该只能扩大并输出所需的输入信号。可是,实际上,不存在这样的PA。实际上,因为输出信号对错线性的,因此会发生失真,而且失真会跟着扩大器挨近饱和点而添加(图2)。
图2.输出功率和失真之间的联系
当施加多腔调输入信号时,因为它们对错线性的,所以在PA输出端会呈现不需求的彼此调制频率(图3)。
图3. PA发生的互调
为了削减PA失真,有必要运用某种办法的线性化。以下各节描绘了5G环境中最常见的线性化技能的行为和适用性。
约束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能一般称为“补偿”。这种相对简略的办法的缺陷在于,PA的功率(将DC功率转换为RF能量的才能)会跟着PA的作业点远离饱和点而下降。
在某些体系中,满意信号峰均功率比(PAR)要求所需的补偿能够将PA功率下降到8%。成果,功耗和体系施行本钱添加,而且需求大的散热器。
自动线性化
为了在不下降功率的情况下进步PA线性度,需求一种称为“预失真”的有源线性化。该技能“猜测”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途径中,然后减小了扩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),而且有必要至少为-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功率扩大器线性化(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对信号添加到所需信号中。
图5.数字预失真体系的完成
DPD体系能够经过多种办法完成。尽管供给全功用版别(基带,数字,装备射频),但某些解决方案运用独自的数字基带和离散射频。
另一解决方案包含FPGA和RF收发器(以及DPD丈量途径)。可是,RF收发器有必要以输入信号带宽频率的五倍运转,然后添加了规划杂乱度,占板面积和功耗(典型值为5W),以用于小型,低功耗运用在某些情况下,DPD不是一种好的线性化技能。
RFPAL
图6显现了体系的高档框图,该体系运用了另一种称为RF功率扩大器线性化(RFPAL)的有源线性化和预失真技能。
图6.射频预失真体系的完成
该技能运用独立的RF IN / RF OUT架构和自适应RF预失真技能,仅在所需的点(PA的输入)注入校对信号。
这意味着该体系由更简略,更小的发射机和基带组成,能够在较低的频率(输入信号带宽)下运转,而且功耗比DPD体系低。直到最近,运用RFPAL的最大线性化输入通道带宽仅为60MHz。图7显现了克服了这一问题的新式RFPAL IC。
图7. SC1905 RFPAL规范运用电路
该器材的作业频率规模高达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显现了运用该线性化器丈量的规范PA的ACLR和功率功用(5个不接连的20MHz LTE通道,PAR 10dB)。
图8.运用SC1905 RFPAL的PA ACLR
在37dBm的输出功率水平下,该PA的功率为23%,ACLR为-50dB(封闭RFPAL时,ACLR大约好8dB)。此外,RFPAL器材已经由数个广泛运用的PA(A类,AB类和Doherty)进行了评价,使其成为一种“即插即用”解决方案,然后简化了规划并缩短了开发时刻。它导致缩短和下降危险。
该IC是因为它已经在9毫米×9毫米QFN封装被供给,所述溶液(电源,散热片,包含外壳)的全体尺度是6.5厘米2需求。此外,在高达6 GHz的运用中,如有必要,能够运用混频器对线性化的PA信号进行上变频。
构建5G通讯设备所需的条件
需求5G通讯设备以更高的带宽和功率运转。所用功率扩大器的线性和功率关于满意这些要求至关重要。
这次,咱们介绍了一些最常用的PA线性化技能已证明将DPD用作有源线性化技能可改进全体线性度和功率。
可是,DPD是一种杂乱的办法,会导致整个体系的功耗添加以及解决方案的添加。总归,较小的即插即用RFPAL IC能够供给一种更简略的低功耗线性化技能。该IC可进步高达100MHz输入信号带宽的PA功率。该器材合适在各种运用中用于各种架构(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根底设施等运用的抱负挑选。
