关于分散化射频功率放大器提升效率的技术介绍

我们将向您介绍基于PA分散化(PA fragmentation techniques)的效率提高技术。 与其他结构相比,这种原理的优势在于非常宽的功率范围,在此范围内可以重新配置功率放大器。 这一范围是由目标应用能够负担得起的粒度和复杂性水平决定的。 如果以包络速率控制动态重构,则对于WiFi、WiMAX或LTE等高PAPR应用,这种技术有望能够显著提高效率。 然而,这种技术可能会产生两个基本的缺点。 首先,如果发送的信号呈现严重的相位不连续性,接收机可能会遇到困难来正确跟踪同步,从而可以中断无线电链路。 第二,量化噪声导致虚假电平再生。 误差矢量幅值恶化和/或发射频谱模板的测试不再通过。 后面的讨论将试图说明这些问题可以避免的方法,只要一些控制/补偿电路与电率核心本身集成在一起。

关于分散化射频功率放大器提升效率的介绍

功率放大器可以根据级联拓扑分为功率级(图1)和/或平联拓扑架构(图2)。

双级联/并行分散PA的重构功率范围 如图3所示,它适用于各种操作模式。

当工作时,每个功率级都在其最佳状态下工作,无论是在E类 还是AB类。 在前一种情况下,效率是优先的,但包络恢复是必要的。 此外,相应的POUT vs. PIN大致呈阶梯状,导致相对较高的量化噪声;这就是为什么会重点讲解后一种情况。 事实上,副作用(在重新配置范围边界)因此减少,结果是POUT vs. PIN 就不存在太陡的不连续性。

图1 、基于级联(旁路)的分散PA拓扑架构


图2、基于并行分散拓扑的PA架构


图3、分散PA处理的功率范围

基于DAS软件,将系统级设计方法逻辑分为四个不同的部分,后面我们逐一介绍这些架构。

为了节省设计时间,有必要很好地理解这种可重构PA体系结构中潜在的问题和权衡。 图4总结了体系结构参数之间的交叉交互关系。 线性要求决定了基本的体系结构参数,即过采样率和分辨率。 这些因素越高,线性就越好。 重构目标的动态功率范围也决定了所使用的包络检测器的性能和分辨率M,如下面的方程所示:

假设PAPR是功率比的相关评估,WLAN应用的必要结果是M=PAPR*ln(10)/10/ln(2)=4。 为了消除工作带宽(即WiFi为80MHz)上的噪声,基带控制系统的截止频率必须相应地决定。电源核心重构执行器的切断频率必须设置足够高,以对整体架构响应时间产生边际影响(WiFi>10*80M Hz)。 线性性能将更高,因为在整个重新配置范围功率增益偏差是最小的(在幅度和相位)。 在操作带宽附近的输出滤波器抑制也正向影响线性。 相反,高效率的需要迫使输出滤波器的带内损耗减少(RESP,相对于电流消耗),从而有可以实现的带外抑制(RESP,相对于模拟电路块可实现的带宽)是有限的。 输出滤波器响应也采用双工方法确定。 乍一看,对于基于TDD而不是FDD双工模式(例如,WCDMA)的应用,更推荐使用分散化功率放大器, 除非使用具有足够高选择性的输出双工滤波器。 从TX效率的角度来看,BAW谐振器的发展是一种很有前途的增强技术,因为它们具有高质量的品质因素,并能承受高功率密度,从而使分散功率放大器的复杂性(分辨率、OSR、重构率)放松了些。

图4、设计方法说明:问题/折衷