高效宽带包络跟踪系统电路性能优化及非线性行为校正

为改善包络跟踪(ET)发射机带宽、效率、线性度等指标,需优化其关键电路性能并校正系统非线性行为。针对该问题,该文构建电源调制器等效模型,推导其效率极值并阐述效率优化方法;引入频率补偿网络来提升电路带宽及线性性能;基于系统非线性行为特征,提出包络增强型数字预失真模型及线性化方案;设计实际电路并搭建包络跟踪系统。对于S频段5/10/20 MHz带宽6.7 dB峰均比测试信号,该系统功放平均效率分别为61%,54%, 44%,且矢量幅度误差(EVM)均优于1%,具有较好的带宽、效率、线性度等性能,验证了电路优化方法及非线性行为校正方案的可行性。

基于GaN器件的模块化多电平包络跟踪电源

包络消除与恢复EER(envelope elimination and restoration)技术是一种提高变包络幅值调制的射频功放效率的有效手段,其核心装置是高跟踪精度、高带宽和高效率的包络跟踪电源。为提高其带宽、效率和跟踪精度,提出了一种结构模块化的多电平包络跟踪电源电路。首先,由2个半桥单元层叠构成一个三电平子模块,并由1路独立直流电源供电;再将多个三电平子模块的输出串联后采用载波移相PWM进行调制,从而可得到多电平的输出电压。由于通过增加输出电压电平数提高了等效开关频率,并减小了阶梯电压,因此可有效提高带宽和跟踪精度。针对每个三电平子模块内部2个直流电容的电压不平衡问题,提出了一种微调PWM信号占空比的平衡控制方法。采用氮化镓GaN(gallium nitride)器件搭建了1台最大功率500 W、开关频率1 MHz和带宽400 kHz的五电平包络跟踪电源样机,实验结果验证了该电路拓扑及控制方法的有效性和可行性。

基于矢量信号发生器和频谱与信号分析仪的包络跟踪系统性能测试

包络跟踪技术采用射频信号的包络作为功率放大器的电源,从而提高功率放大器的功率附加效率(PAE)。包络信号与射频信号的同步与对齐对于整体包络跟踪系统的效率提升具有重要影响,也给测试系统带来了较大的挑战。本文介绍了利用R&S公司的矢量信号发生器SMW200A和频谱与信号分析仪FSW对基于自主设计的SOI CMOS工艺的电源调制器芯片和功率放大器芯片搭建的4G LTE终端包络跟踪系统进行测试,同时获取最佳的效率和线性度性能。

一种宽带高效包络跟踪放大器的设计

为了高效处理宽带非恒包络信号,利用宽带包络信号功率主要集中在低频部分的特性,结合线性放大器和开关类放大器的优势,设计了一个宽带包络跟踪放大器。该放大器由一个宽带线性级和一个受线性级控制的高效开关级组成。线性级采用折叠式共源共栅放大器结构,具有AB类输出级及输出级缓冲;开关级采用同步降压型DC-DC变换器结构,包含驱动电路及"防直通"模块。整个电路采用Jazz 0.18μm BiCMOS工艺进行设计仿真,结果表明,在3.3V电源电压下,线性级单位增益带宽约为50MHz,可驱动300mA电流,具有188V/μs的摆率,包络跟踪放大器可跟踪包络信号幅度和带宽的瞬时变化,改变开关导通比以及开关频率。

包络跟踪芯片应用中查找表的分析与确定

包络跟踪技术作为LTE移动终端发热问题的一种解决方案,在系统应用中需要使用特殊的包络跟踪电源芯片,而这种芯片的使用需要输入包络参考信号。从实际应用角度出发,提出了"固定增益法"这种包络整形的查找表的方法来生成所需的包络参考信号。这种方法兼顾了功率放大器系统的线性度、效率与系统复杂度,极大地提高了系统的稳定性。根据这种方法,确定出了一张查找表。测试结果表明,包络跟踪模式下,PA输出功率可达26d Bm,且使用了包络跟踪技术的射频功率放大器系统对比固定偏置的功率放大器,效率提升了5.1%。

适用于包络跟踪的开关电源调制电路设计

包络跟踪技术已经成为提高功率放大器效率的重要研究方向,其中高效率、高功率开关电源调制器是研究重点。对实际的开关电源调制电路以及相应的参数进行了分析,提出了适用于包络跟踪技术的开关电源调制电路。利用Spice软件对设计的电路进行了电路仿真,利用Cadence软件进行了印制电路板(PCB)电路的设计。经过实际测试,该开关电源调制器的输出电压达到48 V,电流约为0.9 A,整个功能模块效率接近96%。该开关电源调制电路不仅具有高效率高功率输出脉冲信号,还可以根据设计需求改变NMOS管型号,并设计出不同开关频率、不同功率输出的开关电源调制电路。

一种基于包络跟踪的宽带Doherty放大器设计

效率可重构宽带Doherty在实际应用中需要手动调节主功放的漏压和辅助功放的栅压,包络跟踪是解决此问题的有效方法。然而,包络跟踪设计比较复杂。为此,提出了线性映射的设计方法,设计实现了1.0～1.4 GHz包络跟踪宽带Doherty放大器,在10 d B大回退范围较固定偏压Doherty放大器效率提升了8%。同时,包络跟踪显著降低了手动调节偏压的人力和时间成本,仿真结果验证了设计的有效性。

高效率包络跟踪功率放大器

基于功率放大器(PA)效率提高技术,设计了一套包络跟踪(ET)功率放大器系统,射频(RF)功率放大器的漏极采用三电位G类结构的包络跟踪放大器提供自适应电压偏置,包络放大器包含两个自主设计的横向双扩散晶体管(LDMOS)开关管,RF功率放大器采用自主研发的LDMOS功率放大管进行优化匹配设计。在连续波(CW)信号激励下,28 V恒定电压下测得功率放大器在2.11 GHz下饱和输出功率为40 d Bm,饱和漏极效率为51%,输出功率回退8 d B时的漏极效率为22%,采用包络跟踪后提高至40%。在8 d B峰均比(PAR)WCDMA信号激励下,28 V恒定电压下测得功率放大器的平均效率为21%,采用包络跟踪后提高至35%。实验结果表明,采用自主设计的LDMOS开关管和LDMOS功率放大管应用到包络跟踪系统后,功率放大器的效率明显提高,验证了包络跟踪技术的优势和自主设计的LDMOS管芯的优越性。

一种用于RFPA的双模混合包络跟踪的电源调制器

本文介绍了一种高效率高速的双模式混合架构包络跟踪电源调制器,该调制器用于射频功率放大器(RFPA)的供电.该双模混合电源调制器由一个混合型架构的包络跟踪(ET)电源调制器和一个快速响应的平均功率跟踪(APT)电源调制器组成.在所需输出功率较高时,该电源调制器工作在ET模式,最高可以跟踪带宽为40 MHz的LTE包络信号;在所需输出功率较低时,该电源调制器切换至APT模式,并根据系统要求输出不同电平,响应时间小于20μs,能满足LTE协议的要求.该电源调制器采用TSMC 65 nm工艺进行设计,测试结果表明,在RFPA等效负载为6.2Ω电阻和680 pF电容并联,采用峰均功率比(PAPR)为7.9 dB的LTE 40 MHz包络信号输入,输出功率为500 mW时最高效率可达78%.

包络跟踪的J类功率放大器设计

为了提高功率放大器的回退效率以更好地适应第五代移动通信系统的高峰均比信号的需求,文中提出了一种基于包络跟踪的J类功率放大器的设计方法,通过对电源调制器的设计来动态调制J类功率放大器的供电电压,以降低漏极直流功耗,实现提高功率放大器效率的目标。最终的测试结果表明在3.4~3.6 GHz频率范围内,当采用带宽20 MHz、峰均比为8.6 dB的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)调制信号时,测得恒压供电时的功率放大器的回退效率为25.3%~29%;然后采用带宽20 MHz、峰均比为6.4 dB的64正交调幅(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)调制信号时,测得恒压供电时的功率放大器的回退效率为33.1%~34.1%。而采用包络跟踪动态供电时所测得的回退效率分别为30.2%~35.1%和37.1%~41.3%,回退效率提升5%~7%。经过数字预失真处理之后,该功率放大器的邻近信道功率泄露比低于-46 dBc,具有良好的线性度。

包络跟踪电源调制技术研究进展

包络跟踪功率放大器(Envelope Tracking Power Amplifier,ETPA)具有高效率和高线性度等优势,已成为目前现代移动通信技术的研究热点。包络跟踪电源调制器是ETPA的关键模块之一,因为它能够提升PA在功率回退时的效率,从而提升整个通信系统的效率。首先介绍包络跟踪技术(Envelope Tracking,ET)和包络消除与恢复技术(Envelope Elimination and Restoration,EER),对比两者的性能差异,重点介绍ET技术,分析其最常用的混合型包络放大器(Hybrid Envelope Tracking Amplifier,HETA)电路结构以及电路的关键的设计参数,然后对比和总结目前已有的HETA技术优化方案,接着列举ET技术在移动通信中的实际应用,最后考虑ET技术将要面临的挑战。

包络跟踪电源优化设计与仿真

在移动通信3G/4G网络中,包络跟踪技术是提高射频功放效率的核心技术之一。从包络跟踪的相位失真问题入手,以降压变换器为拓扑,提出了以4阶贝塞尔低通滤波器传递函数为整体设计模型的包络跟踪电源设计方法,通过线性补偿控制实现对包络跟踪电源的控制。同时,依据线性控制单元在实际设计中可能遇到的问题,提出了一种更为适合实际应用的线性控制器设计方法。最后,通过软件Pspice对此包络跟踪电源进行仿真验证,以降带宽处理后的单载波1 MHz信道宽度的WCDMA包络信号作为跟踪参考信号,通过软件matlab的simulink仿真对包络跟踪电源进行验证,证明方案实际应用可行。

一种包络跟踪电源电路实验设计

随着移动通信系统的高速建设和发展,射频信号的包络信号带宽越来越宽,功率峰均比越来越大,恒定电压供电的基站功放效率越来越低。针对该问题,论文设计了一种电源调制电路。该电路输出的电压根据峰值检测后的电压值对功率放大器的供电端进行实时控制,保持功率放大器工作状态一直在最高效率点上,从而提高功率放大器的效率。实验表明:在原电路负载不变的情况下,设计的电源调制电路的工作效率提高了30%以上,为使用包络跟踪技术提高功率放大器的效率提供了理论支持与实验支撑。

基于PFMP模型的包络跟踪功放预失真技术研究

本文针对包络跟踪功率放大器预失真系统,提出一种新的分段分数阶记忆多项式模型(PFMP),并基于该模型设计数字预失真器。其采用矢量阈值分解技术将输入复包络信号分解成几个子信号,并以分数阶记忆多项式为每个子信号构建数字预失真的子函数。这样能使每个不同的区域里的ETPA内的非线性特性都能精确地被表达,且提高了带外抑制性能。仿真结果表明,对于Volterra模型的功率放大器,新模型与传统的记忆多项式模型相比,NMSE降低了约3d B,ACPR降低了约2.3d B。

混合型包络跟踪电源技术研究

提高功率放大器效率主要有三种方案:Doherty技术、包络线消除与恢复技术和包络跟踪技术。其中,包络跟踪技术在性能和可实现性方面具有显著优势。为了降低包络跟踪技术的电能损耗,以进一步提高包络跟踪系统性能,文章设计了一种混合型包络跟踪电源电路。测试实验表明,该电源电路的效率达到60%、平均输出功率为1 W,可以在不同频率的输入下,保持稳定的传输效率和良好的输出波形线性度,适用于高效率功率放大器应用。

包络跟踪放大器测试方案

为了减少放大器的功耗,提高放大器的效率,越来越多的放大器开始采用包络跟踪技术。典型的放大器测试方案主要由信号源和频谱仪组成,包络跟踪放大器测试则需要一个额外的信号发生器提供包络信号给直流调制器,这增加了测试系统的复杂性。对此,罗德与施瓦茨公司(R&S)的信号源SMW200A能够同时提供射频信号和包络信号,配合R&S的频谱分析仪FSW,给客户提供了一个高度集成的测试解决方案。

包络跟踪技术在移动终端射频功放中的应用与实现

随着通信系统数据量不断增大,通信系统的峰均比不断增大。功率放大器是终端中耗电量最高的器件之一。包络跟踪可以根据功率放大器输入信号的包络动态实时地调整电源电压,高功率供高电压,低功率供低电压,从而改进功率放大器的效率问题。相对其它技术,包络跟踪技术具有线性度高、效率提高可控、动态范围较宽、易于实现等优点,适用于峰均比高的系统,应用前景广阔。

步进式包络跟踪功率放大器的时间误差补偿

文章对步进式包络跟踪功率放大器(SET-PA)的宏模型进行了建立分析。基于SET-PA的特殊特点,对时间误差补偿进行了研究。使用一种基于最小均方误差(MMSE)的自适应时延估计的方法估计包络跟踪功率放大器(ET-PA)中两路之间的时间差值。数据结果显示,SET-PA的电压档数对包络支路的低通滤波器对功放带来的记忆效应的影响较为敏感。仿真结果显示,使用最小均方误差的方法去补偿ET-PA的时间差,可以使ACPR提高6-7d B,而且带来更快的收敛速度和更低的EVM。

基于PXI平台功率放大器的包络整形技术

包络跟踪功放与固定电源供电的功放系统不同的是,系统的性能不仅仅与射频输入信号有关,还与包络输入信号有关.将基于PXI平台的同步定时技术进行系统级分析,并讨论固定增益法等不同包络整形技术对于功放效率和线性度等系统性能指标的取舍.另外,还提出了一种新的针对电源调制模块的校准方法.

氮化镓固态功率放大器发展概述

应用半导体技术的固态功率放大器具有体积小和稳定性高等优点,在很多微波应用中取代了传统的真空器件行波管。在所有类型半导体材料中,第三代半导体材料GaN(Gallium Nitride)因为具有宽禁带、高电子迁移率和高击穿电压等优势,被广泛应用于功率放大器。基于功率放大器的发展,文中阐述了固态功率放大器的发展历史,总结了GaN技术与其他半导体技术性能的比较,并着重介绍了应用GaN HEMT(GaN High Electron Mobility Transistor)技术的功率放大器。讨论了GaN HEMT功率放大器的各种类型,包括A类、B类、C类、D类和E类等,介绍了应用于GaN功率放大器的效率和线性度提高技术,包括Doherty功率放大器和包络跟踪技术,以及数字预失真技术等,并就相关技术做了总结和对比。