搜索不同調(diào)制對(duì)多模功放線性度與效率的影響
2017-05-01 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
由[1]已知多頻功率放大器的考慮,接著再談多模功率放大器,以TriQuint 為例,如下圖[2] :
由上圖可知,多模顧名思義,會(huì)同時(shí)支持相近頻段的不同射頻功能,例如
WCDMA 的Band 5 (824 MHz ~ 849 MHz)跟LTE 的Band 26 (814 MHz ~ 849MHz)。
而WCDMA / HSUPA / LTE 的PAR 不同,如下圖 :
針對(duì)這些有PAR,亦即非恒包絡(luò)的調(diào)制,功率放大器在操作時(shí),必須Back-off,
確保輸出功率操作在線性區(qū)域范圍內(nèi),以維持線性度[4-5],如下圖 :
否則若輸出功率超出線性區(qū),波形可能會(huì)被截波,導(dǎo)致失真,進(jìn)而使線性度變差,TX 性能劣化,如下圖[6] :
所以若有了以上Post PA Loss 跟PAR 的概念,根據(jù)簡(jiǎn)單的Link Budget 推算,
Min P1dB = Target Power + PA Post Loss + PAR
即可推算出LTE / HSUPA / WCDMA 分別所需要的最小P1dB,如下表 :
由上表可以看到,以WCDMA 跟HSUPA 來做比較,因?yàn)橥活w功率放大器,頻段一樣,所以Post-PA Loss 一樣,同時(shí),Target Power 也一樣,但PAR 不同,所以P1dB 要求不同。因此,多模功率放大器的挑戰(zhàn)跟考慮,在于當(dāng)系統(tǒng)在不同調(diào)制方案間轉(zhuǎn)換時(shí),不能針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化[7]。我們用下圖來解釋 :
今天一顆多模的功率放大器,同時(shí)支持WCDMA / HSUPA / LTE,依前述推算,
這顆功率放大器的P1dB,一定至少要35.5 dBm,才不會(huì)使LTE 訊號(hào)失真。
由上圖可知,功率放大器的效率,是跟輸出功率成正比,在飽和點(diǎn)時(shí)效率會(huì)最高,所以GSM 才可以用飽和PA 作放大,因?yàn)镚SM 的PAR 為0,不需Back-of,同時(shí)可獲得最大效率[4]。那么,由這結(jié)論推斷的話,上述那顆多模的功率放大器,操作在HSUPA 跟WCDMA 時(shí),因?yàn)檩敵龉β识际?8 dBm,是否意味著效率一樣?
答案是不一樣!! 因?yàn)橛汕笆霰砀穹治隹芍?這顆多模的功率放大器,其P1dB為35.5 dBm,而HSUPA 只需34.5 dBm 的P1dB,所以切換到HSUPA 時(shí),會(huì)額外多1 dB 的Back-off 。同理,切換到WCDMA 時(shí),會(huì)額外多4 dB 的Back-off,因?yàn)閃CDMA 額外多出的Back-off 較多,所以即便同樣的輸出功率,但WCDMA的效率會(huì)較低,因此,由HSUPA 向WCDMA 模式的轉(zhuǎn)變,系統(tǒng)的效率將大大降低[7]。
前述說過,Back-off 是避免失真的一種手段,Back-off 越多,固然會(huì)產(chǎn)生上述所說,效率較低的情況,但好處是線性度會(huì)更佳,亦即TX 性能可以更優(yōu)化,我們以下表來做說明 :
上表是ANADIGICS 出產(chǎn)的兩款功率放大器[8-9],在WCDMA Band 8 的ACLR / PAE 比較,我們可以看到,在ACLR 方面,多模功率放大器的性能會(huì)比較好,這是因?yàn)槎嗄９β史糯笃饕С諰TE,其P1dB 必定會(huì)比單模功率放大器來的高,故同樣操作在WCDMA 時(shí),其多模功率放大器的Back-off 較多,故線性度較佳。但也因?yàn)锽ack-off 較多,故同樣操作在WCDMA,其多模功率放大器的PAE,很明顯就比單模功率放大器低上許多。
再以前述的多模功率放大器,來做線性度分析,由上表可知,因?yàn)長(zhǎng)TE 的P1dB要求最高,所以線性度要求最高,同時(shí)也因?yàn)槠漕~外Back-off 的量最少,所以相較于HSUPA / WCDMA,其線性度會(huì)最差。反之,因?yàn)閃CDMA 的P1dB 要求最低,所以線性度要求最低。同時(shí)也因?yàn)槠漕~外Back-off 的量最多,所以相較于HSUPA / LTE,其線性度會(huì)最好。所以某種程度上,也可解釋為何LTE 的ACLR,比WCDMA 的ACLR 更容易Fail,也更難調(diào)校,因?yàn)锳CLR 就是在測(cè)TX 端的IIP3[10],而LTE 對(duì)線性度要求比WCDMA 高,所以LTE 的ACLR 會(huì)比較難調(diào)校,也較易Fail。
而在AVAGO 的文檔中,也提到了這點(diǎn),如下圖[11] :
如前述,因?yàn)椴煌{(diào)制方式,其所需P1dB 不同,因此對(duì)線性度要求不同,亦即所造成的非線性失真程度也不同[12-13]。因此當(dāng)這顆多模功率放大器,由WCDMA 切換到LTE 時(shí),其線性度會(huì)變差,TX 性能可能會(huì)劣化。
因此,由于功率放大器輸出端的匹配,都是Load-pull 的一部分,如果要驗(yàn)證其多模功率放大器看出去的Load-pull,需不需要微調(diào),請(qǐng)問WCDMA / HSUPA / LTE 這三個(gè)Mode,驗(yàn)證順序?yàn)楹?
答案是 : LTE => HSUPA => WCDMA
原因如前述,因?yàn)長(zhǎng)TE 對(duì)線性度要求最高,所以如果LTE 的TX 性能可以Pass,那么基本上相較于LTE,對(duì)線性度要求比較沒那么高的HSUPA 跟WCDMA,其TX 性能理論上只會(huì)更好,不會(huì)更差。換言之,也因?yàn)檫@組Load-pull 已提供給LTE 足夠的線性度,所以相較于LTE,這組Load-pull 提供給HSUPA 跟WCDMA 的線性度,只會(huì)更好,不會(huì)更差 。因此,如果LTE 的TX 性能可以Pass,表示這組Load-pull 基本上不需再微調(diào),即便HSUPA / WCDMA 的TX性能卻Fail,那也不會(huì)是Load-pull 造成的,應(yīng)再找其他Root Cause 才是。
Reference:
[1] 多頻功率放大器之輸出損耗(Post PA Loss)對(duì)效率與線性度之影響,
[2] GaAs will fend off silicon CMOS in handset front-ends
[3] Envelope Tracking Technology for 4G Smartphones
[4] 極化調(diào)制之EDGE 功率放大器, 百度文庫
[5] PAPR reduction using Magnitude Modulation techniques
[6] Wideband Digital Pre-Distortion Modeling for LTE-Advanced, Agilent
[7] 3G/4G Multimode Cellular Front End Challenges, RFMD
[8] ALT6526,Multi-Band LTE/CDMA/WCDMA/HSPA Power Amplifier,ANADIGICS
[9] AWT5008,High Efficiency UMTS 900 (Band 8) WCDMA Linear PAM,ANADIGICS
[10] WCDMA 零中頻發(fā)射機(jī)(TX)之調(diào)校指南與原理剖析, 百度文庫
[11] Some Trends In Multi-Band Multi-Mode RF Front End Components,AVAGO
[12] LTE Power Amplifier Module Design: Challenges and Trends
[13] Modulation Schemes Effect on RF Power Amplifier Nonlinearity and RFPA Linearization Techniques
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