5G PA的線性化技術
2020-02-18 17:32:07 EETOP翻譯自mynavi 作者：Thomas Maudoux在5G通信中需要高性能的功率放大器
在功率放大器（PA）中沒有實現高線性度的快速方法。PA在手機的通信基礎架構中扮演著非常重要的角色。PA的性能要求將變得更加嚴格，尤其是隨著5G蜂窩移動通信的采用（圖1）。
在本文中，我們討論5G通信技術將實現的功能和優勢，以及對功率放大器設計的相應要求。
此外，我們檢查了最常用的PA線性化技術，并評估它們是否適合滿足PA要求。稍后，我將研究低功耗線性化器IC，并考慮其在5G應用中降低PA功耗和簡化PA設計的潛力。
5G在許多方面都優于當前的通信技術。更高的數據速率同時提供給更多用戶，并且移動設備的電池壽命將得到延長。為此，PA必須以盡可能高的效率和更寬的帶寬（最高100 MHz）運行。
如果PA是完全線性的，則它應該只能放大并輸出所需的輸入信號。但是，實際上，不存在這樣的PA。實際上，由于輸出信號是非線性的，因此會產生失真，并且失真會隨著放大器接近飽和點而增加（圖2）。
當施加多音調輸入信號時，由于它們是非線性的，所以在PA輸出端會出現不需要的相互調制頻率（圖3）。
為了減少PA失真，必須使用某種形式的線性化。以下各節描述了5G環境中最常見的線性化技術的行為和適用性。
在某些系統中，滿足信號峰均功率比（PAR）要求所需的補償可以將PA效率降低到8％。結果，功耗和系統實施成本增加，并且需要大的散熱器。
為了在不降低效率的情況下提高PA線性度，需要一種稱為“預失真”的有源線性化。該技術“預測”了由PA固有的非線性引起的失真量，并將其反相信號注入到信號路徑中，從而減小了放大器輸出端的無用信號與無用信號之比。（圖4）。這被指定為相鄰信道功率比（ACLR），并且必須至少為-50dBc。
有源線性化有兩種常見類型：數字預失真（DPD）和RF功率放大器線性化（RFPAL）。
如圖5所示，數字預失真（DPD）在信號鏈（數字基帶）的最早點將預失真校正信號添加到所需信號中。
DPD系統可以通過多種方式實現。雖然提供全功能版本（基帶，數字，配備射頻），但某些解決方案使用單獨的數字基帶和離散射頻。
另一解決方案包括FPGA和RF收發器（以及DPD測量路徑）。但是，RF收發器必須以輸入信號帶寬頻率的五倍運行，從而增加了設計復雜度，占板面積和功耗（典型值為5W），以用于小型，低功耗應用在某些情況下，DPD不是一種好的線性化技術。
圖6顯示了系統的高級框圖，該系統利用了另一種稱為RF功率放大器線性化（RFPAL）的有源線性化和預失真技術。
該技術利用獨立的RF IN / RF OUT架構和自適應RF預失真技術，僅在所需的點（PA的輸入）注入校正信號。
這意味著該系統由更簡單，更小的發射機和基帶組成，可以在較低的頻率（輸入信號帶寬）下運行，并且功耗比DPD系統低。直到最近，使用RFPAL的最大線性化輸入通道帶寬僅為60MHz。圖7顯示了克服了這一問題的新型RFPAL IC。
該器件的工作頻率范圍高達3.8 GHz，線性化的輸入信號帶寬高達100 MHz。功耗為1280mW，比DPD解決方案低70％。圖8顯示了使用該線性化器測量的標準PA的ACLR和效率性能（5個不連續的20MHz LTE通道，PAR 10dB）。
在37dBm的輸出功率水平下，該PA的效率為23％，ACLR為-50dB（關閉RFPAL時，ACLR大約好8dB）。此外，RFPAL器件已經由數個廣泛使用的PA（A類，AB類和Doherty）進行了評估，使其成為一種“即插即用”解決方案，從而簡化了設計并縮短了開發時間。它導致縮短和降低風險。
該IC是因為它已經在9毫米×9毫米QFN封裝被提供，所述溶液（電源，散熱片，包括外殼）的整體尺寸是6.5厘米2需要。此外，在高達6 GHz的應用中，如有必要，可以使用混頻器對線性化的PA信號進行上變頻。
需要5G通信設備以更高的帶寬和效率運行。所用功率放大器的線性和效率對于滿足這些要求至關重要。
這次，我們介紹了一些最常用的PA線性化技術已證明將DPD用作有源線性化技術可改善整體線性度和效率。
但是，DPD是一種復雜的方法，會導致整個系統的功耗增加以及解決方案的增加。總之，較小的即插即用RFPAL IC可以提供一種更簡單的低功耗線性化技術。該IC可提高高達100MHz輸入信號帶寬的PA效率。該器件適合在各種應用中用于各種架構（A類/ AB類/ Doherty），工藝（GaAs，GaN，InGa）和頻率（698MHz至3.8GHz）的PA中。該設備是5G基礎設施等應用的理想選擇。
