1. 为什么挑选包络盯梢技能？
当输出功率抵达峰值，即发生增益紧缩时，功率放大器抵达最高运转功率。关于典型的W-CDMA/HSPA+/LTE制式，当设备以最大输出功率运转时，功率或许高达50%。可是，因为W-CDMA和LTE等现代通讯规范运用的是峰均比(PAPR)越来越高的调制信号，功率将会明显下降。并且，因为放大器的幅值响应在紧缩区会变得高度非线性化，输出功率一般因为峰均比而无法抵达峰值。关于LTE波形，峰均比最高可达7或8 dB，导致功率放大器以远低于最佳功率值的均匀输出功率运转。
尽管有几种技能能够用来改善功率放大器的功率附加功率，以数字预失真技能(DPD)为例，但包络盯梢技能敏捷引起了功率放大器厂商们的留意。现实上十年来，基站一向选用包络盯梢技能，不只进步了功率，一起也下降了因为能量转化成热量而导致的冷却需求。
2. 包络盯梢技能的原理
包络盯梢技能的原理在于使放大器尽或许地在紧缩区运转。该项技能依据这一现实：功率放大器的功率峰值点和输出功率峰值点都会跟着供电电压(Vcc)的改动而改动.图1显现了不同供电电压值下，功率附加功率与输出功率的函数联系。咱们能够看出峰值功率的输出功率跟着供电电压的增大而增大。
图1不同供电电压下PAE与输出功率之间的联系
包络盯梢技能的基本思路是找出瞬时输出功率映射与最优化供电电压值的对应联系，然后使放大器尽或许长期地处于紧缩临界区。理论上，运用包络盯梢技能在这种特定的放大器上得到的PAE如图1中的绿色线条所示。从图中能够看出，有用PAE远远大于选用固定供电电压得到的PAE。依据这些数据，咱们能够创立一个查询表(LUT)，将输出功率和PAE最优化时的供电电压值对应起来（如图2）。请留意，在供电电压为1V时呈现了一个下限。咱们后面会介绍这个下限对带宽的影响。尽管从理论上看经过调理供电电压信号来使PAE抵达最大是一个不错的主意，但实践履行是有难度的。当供电电压作为输出功率的函数不断改动时，放大器的增益也会随之大幅改动，导致AM-AM失真增大。这种影响能够经过运用较小规模的供电电压电平来弱化，这需求规划人员在PAE和AM-AM失真之间进行权衡。基带射频波形能够经过DPD（数字预失真）算法来批改包络盯梢导致的失真。
图2最优化供电电压值与输出功率的对应联系
图1中所示的PAE的值是依据接连波信号。依据这些附加功率值和特定波形输出功率的概率密度函数(%&&&&&%)就能够预算调制信号的希望PAE，如等式1所示：
图3显现的是测验用例1 W-CDMA波形的概率密度函数，波形的均匀射频功率为0 dBm，可用于该等式中。经过将波形转化为特定均匀输出功率，咱们就能够依据这一特定调制信号来预算放大器的功率。
图3测验用例1 W-CDMA波形的概念散布密度函数
这种算法将PAE视为随机变量并假定PAE与Pout丈量值之间的联系是静态的，即这一联系不会随时刻改动。尽管依据图3的核算，咱们能够得到比较准确的PAE近似值，但实践中PAE会因为放大器的回忆效应和温度导致的增益改动而跟着时刻发生小幅改动。图4显现了测验用例1 W-CDMA调制波形在固定供电Vcc下的PAE丈量值和核算值，以及在包络盯梢状况下的希望PAE（假定供电电压调理器处于抱负状况）。咱们留意到PAE的希望曲线和丈量曲线十分挨近，并且仅在输出功率较高时才开端发生违背。这种违背很或许是因为功率放大器的回忆效应。将抱负包络盯梢电源下的希望PAE（绿色曲线）和固定Vcc下的测验值（蓝色曲线）进行比较，咱们发现理论上在较大的输入规模内前者的值能够抵达后者的两倍。
图4固定供电Vcc测验用例1 W-CDMA波形的理论和丈量PAE以及ET供电Vcc下波形的PAE
尽管包络盯梢可大大进步功率，可是咱们需求认识到在包络盯梢功率放大器的规划上有许多要权衡的部分。现实上某个参数的优化需求对体系中的其他参数进行权衡。因而，在给定的输出功率下挑选最优的Vcc电平是一个需求重复迭代的规划进程，并且需求能够快速地做出牢靠的测验规划决议计划。
3. 包络盯梢测验应战
包络盯梢测验使得原本就杂乱的体系变得更加杂乱。为了让功率放大器成功地履行一项包络盯梢计划，射频基带波形和供应电压之间有必要严密同步。如图5所示，一个典型的包络盯梢测验体系包括一个射频信号发生器和剖析仪、用于操控功率放大器的高速数字波形发生器以及一个用于为放大器供电的电源。
图5典型的包络盯梢测验设备
4. 电源
包络盯梢测验所面对的一项重要应战是电源波形对高带宽的需求。包络波形对带宽的需求一般远大于射频波形的需求。为了剖析这一现象，咱们以图2中所示的电压-输出功率曲线和一个10MHz带宽的LTE信号为例。图6给出了PAE最优化时的Vcc波形和对应的LTE信号的功率-时刻曲线。经过频谱剖析标明Vcc波形的带宽至少比射频波形的大三倍。高带宽需求源于两个要素：一是Vcc是射频功率的函数；二是LUT中的下限（如图2中所示）导致了削波失真。
图610MHz LTE信号的Vcc波形和PvT曲线
现实上关于20MHz LTE波形来说，Vcc波形至少应该有60MHz的带宽——如图7所示。并且当呈现宽带数字预失真时，Vcc波形所需的带宽常常高达实践射频信号带宽的5倍。下面咱们会介绍，恣意波形发生器(AWG)不只需求有较宽的带宽，并且需求有很高的时刻分辨率。
图710MHz LTE波形频谱和PAE最优化时的Vcc频谱
关于供电电压，咱们面对的第二项应战是，恣意波形发生器供给的电流不足以支撑功率放大器的运转，并且电源的带宽无法满意ET的需求。处理这一问题的办法是运用功率调理器来驱动功率放大器，该功率调理器则由直流电源和恣意波形发生器发生的调制Vcc信号来驱动，如图5所示。
5. 仪器同步
包络盯梢测验所面对的最大应战是保证射频信号发生器与恣意波形发生器之间的同步。当咱们依据输入功率挑选最优化Vcc值时能够使功率放大器的PAE抵达最大，但仪器间较差的同步会使得Vcc值时能够使功率放大器的PAE抵达最大，但仪器间较差的同步会使得Vcc值相关于给定的输出功率来说太高或太低。
考虑Vcc波形滞后于射频波形时的景象：当波形处于峰值功率时功率调理器将无法为设备供给足够大的功率。因而射频输出将会比希望的输出功率低几分贝。并且呈现波形峰值后，功率调理器将供给远高于放大器需求的功率，导致功率下降。当Vcc先于射频波形时会呈现相似的状况。射频信号发生器与恣意波形发生器不只需求同步，并且这种同步有必要是可重复的。
6. 依据PXI的测验处理计划
仪器同步是包络盯梢测验设备的一个重要规范。因为需求满意严厉的同步要求， PXI渠道无疑是应对包络盯梢测验应战的抱负挑选。在PXI测验体系中，模块化仪器之间经过包括若干条时钟和触发分发线的机箱背板互连。这种单机箱集成简化了仪器安顿并进步了体系的同步性。除了PXI的先进硬件和NI矢量信号收发器外，LabVIEW软件环境也供给了实时生成和可视化信号的功用，助您进步运用程序的开发和测验功率。
包络盯梢功率放大器一般有必要与RF信号发生器结合运用，且Vcc同步颤动需小于1 ns，这就要求测验设备的颤动有必要远远低于这个值——最好是100 ps左右。 PXI可凭借T-Clock的背板同步程序完成严密同步。T-Clock是一种用于对齐采样时钟和发动触发器的机制，以使一切设备同步生成信号。例如， NI PXIe-5451 AWG 和NI PXIe-5644R矢量信号收发器经过基准测验，可完成低于50 ps的最大同步颤动，因而可满意这一需求。
完成射频信号发生器与恣意波形发生器的同步仅仅咱们所面对的一部分应战。经调制的Vcc信号和RF波形在抵达不同的放大器前经由不同的途径，因而具有不同的推迟。因而，以编程办法来使Vcc波形滞后或先于RF信号关于在放大器处以纳秒级偏斜对齐调制电源和RF信号是十分重要的。
使Vcc信号以恣意波形发生器样本的整数倍相关于RF信号推迟的一种简略办法是在生成脚本的最初嵌入‘等候’循环。为了取得更精准的推迟，能够运用数字滤波器调理矢量信号收发仪中FPGA上软件或硬件的RF波形。选用硬件办法的优势在于其履行时移的速度远快于平等的软件滤波器，然后削减了确认恣意波形发生器和矢量信号收发仪之间最佳对齐所需的时刻。在400MS/S的额外Vcc采样率下，能够完成恣意皮秒级的推迟。
该丈量设备需求的最终一个测验元件是能够供电和丈量的电源。因为功率放大器需求较高的转化速度，该运用往往更倾向于运用电池模拟器，而不是规范源丈量单元。留意在某些状况下，假如要对具有MIPI接口的功率放大器进行数字操控，还需求能够在1.8v下发生高达26MHz波形的高速数字波形发生器。
7. 成果验证
运用高带宽数字化仪来验证Vcc和射频信号之间的同步是最为直接的办法。在本例中，咱们分别将NI PXIe-5644R矢量信号收发仪和NI PXIe-5451恣意波形发生器接到2.5 GS/s数字化仪的两个通道。依据图2中的Vcc-Pout查询表，矢量信号发生器可在800MHz的条件下发生10 MHz LTE FDD上行波形。初次运转时，因为两个仪器内的线路和DSP推迟，两种波形的时刻差大约为1µs。依据前面介绍的延时算法，咱们能够经过结合等候采样和子采样推迟来使两种波形对齐。
图8展现了上述成果，在该图中，咱们对Vcc波形进行缩放，使其与射频波形处于同一量级，以便进行比较。图中显现两组波形彼此对齐，但更重要的是，这种联系即使在程序不断运转时一向能坚持，即使重启体系也是如此。
图8PAE最优化的Vcc波形与RF波形同步
在放大器的输入端，能够凭借高速数字化仪对两种波形的对齐程度进行目测查看，但这样无法丈量放大器的功能。前面咱们论说了同步的重要性，Vcc在放大器的输入端，能够凭借高速数字化仪对两种波形的对齐程度进行目测查看，但这样无法丈量放大器的功能。前面咱们论说了同步的重要性，Vcc和射频的最优化对齐。附近信道功率衰减量依据设备而异，但在对同步进行最佳校准后运用射频信号剖析仪能够大大优化丈量成果。
8. 定论
曩昔十年中，包络盯梢技能经证明能够进步蜂窝基站中功率放大器的功率以及削减丢失的能量转化为热量而导致的冷却需求。因为无线规范的不断发展，移动手持设备制造商正在寻求使用包络盯梢技能来取得相似的优势。尽管比较固定电源，包络盯梢技能可大幅节省电能，延伸电池的寿数，但它的确也给功率放大器的规划人员和测验工程师们带来了巨大的应战。本文所述的依据PXI的测验计划可处理丈量作业中最要害的应战，并且丈量成果证明这是一个十分超卓的ET PA测验计划。
