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DXY鼎芯无限3G WCDMA直放站50W PA方案实现

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    发表于 2019-4-29 07:30 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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    本帖最后由 Allevi 于 2019-4-29 18:14 编辑
    9 i/ C9 R5 V( k6 r* A5 O0 J
      Q7 G$ C) e& W: e9 t
    DXY鼎芯无限3G WCDMA直放站50W PA方案实现

    8 }4 ~- M' n/ U! k4 `3 I( V( x' t
    提高功放效率的必然性/ E! t7 Q4 W% p/ b' O8 S4 X% C2 Q
    随着3G技术的发展,系统容量不断的提升,对系统的线性要求越来越高。功放作为通信系统的主要非线性单元,其性能的提升在整个系统中的作用至关重要。传统的功率回退技术很难实现50W的大功率输出,邻信道功率比很难满足要求,而且功耗特别高,不符合现在节能环保的绿色要求。

    # |) \% A! T: g% q( }3 _, g& @- S$ D( Z* W
    为什么选择模拟预失真

    / O/ k' Y- f6 Z. ^/ Z" N# w为了解决非线性失真,目前已商用的线性化技术有前馈、DPD和模拟预失真。其中前馈技术主要的缺点是误差环路不能同时放大有用信号,导致效率非常低;而DPD技术主要的特点是通过处理基带信号达到预失真的效果,因此需要将射频信号先转化成基带信号,处理完成后再还原成射频信号与PA的输出信号进行合成,完成信号的校正,其最大的缺点是系统复杂、难以调试,有效带宽受限。
    0 j" V8 `0 C! v/ R鉴于前馈和DPD技术存在的弊端,DXY鼎芯作为一家技术型服务商,推出了性价比很高,特别适合直放站客户采用的模拟预失真芯片方案。与以上两种线性化手段相比较,高集成度的模拟预失真系统,电路结构简单,容易调试,效率也可满足需求,已成为现在比较受欢迎的线性化方法。# G/ f2 w0 p. @  I. ?6 L$ p
    / J6 b, @! ?# `( q2 v8 C+ T
    方案实现介绍

    1 z6 i* `0 F. M4 t* L) L此方案中的预推动采用NXP BGA6589,BGA7027,推动级采用NXP BLM6G22-30G,末级采用NXP BLF7G22LS-200与Scintera公司内部集成的新型预失真芯片SC1887,,最终完成WCDMA 50W 功率输出,为直放站客户提供了一种针对40W整机的高效、节能的解决方案。
    " T( @' A8 h, d- D* u; K7 ?# o2 z% \; f% _' K/ v0 \7 p/ ^7 b  ?! u

    3 q+ ?& h# K; z- \, E8 J8 {
    图1  RF原理框图

    ' A4 r* S% g/ K: P拓扑和器件选择带来的挑战* V8 u' P( Z$ p+ J- l5 g
    模拟预失真最重要的就是选择合适的非线性器件,其特性要和LDMOS非常接近才能模拟出PA的非线性特性,最终达到预失真的效果。而这样的器件选择需要大量的实验数据和验证,给前期研发带来很大的麻烦。简单的拓扑能够增强系统的稳定性和可靠性。
    # N( Z" e! p- I& T0 x5 Z# s6 n
    7 L) z# Q7 m( j
    ' K8 x% u  ?  g0 j, E  l/ j
    1. 预失真的选择
    与传统的模拟预失真电路相比较,SC1887大大简化了预失真电路的结构,减少了外围元器件的应用,使得整个电路更加紧凑、更易小型化。同时进一步提升了系统可靠性。实现原理如图2所示。
    8 ]: k" p# G- f2 ^/ e
      c# S6 o, [! p( H% m% G
    , @, J1 Z; e7 ]; `& u  q

    0 ?7 E. P5 H" K. `, h
    图2  SC1887预失真实现框图

    2 a. i* `5 r& t6 g1 r
    该电路采用了闭环结构,对消效果比传统的开环结构更优异。该芯片通过调节RFIN、RFOUT和FFFB三个端口与各个巴伦之间的匹配,可以在600MHz到2.8GHz的带宽内正常工作。" Z! P9 [! m" {* C2 H
    . ?6 Y+ G2 Q% {
    2. 放大管的选择
    ) }/ a( I! r, K5 A( q在众多的功率放大管生产商中,NXP无疑是其中的佼佼者,相比于业内其他厂家的产品,NXP的LDMOS 效率高、增益高,在高效率、大功率功放应用方面有着不可替代的优势,成为了功放设计者的最佳选择。1 r# @* l+ t$ d  G+ o

    - S; G+ Y3 D) I
    ! J% G9 A, g' S" {  W
    其中BLF7G22LS-200单管增益可达18.5dB,做成doherty后增益也有16.5-17.3dB,末级6dB回退效率在42%以上,P1dB可达56dBm。BLM6G22-30G是塑封的集成二级IC管,增益高达29dB,效率高,可采用表面贴装的安装方式,便捷,一致性好,是做大功率推动级的首选方案,BGA7027则有着高达42dBm的OIP3,而BGA6589输入输出阻抗均为50Ω,实现了内匹配宽带管,无需外部匹配电路,极大的简化了电路设计。
    , X2 L; G1 ]5 _0 J$ m% d' D/ ?8 E
    / N( `' I  F5 U0 T3 A
      I0 b3 P6 r3 R: }
    测试结果
    9 z6 d  e. }( H2 t6 N测试结果如下表1所示。从测试数据可以看出,在Pout=47dBm的时候,对消后的ACPR在-55dBc以上,可以满足3GPP频谱发射模板。效率可以做到26%,实现了回退功放基本不可能实现的输出功率,显著减少了能耗,超出运营商的招标要求,符合当今国家节能环保的发展需求。' j( w% }; \: T% Q% @+ w3 ~7 L

    " {& o# N6 \% X4 k  [; W1 U$ ~
    0 W3 S6 B0 I. g; c! {8 T
    表1 WCDMA 3载波测试数据
    Freq/MHzPout/dBmACPR 5M/dBcId/APAE/%
    211047.1-55.8/-55.76.8126.2
    214047.2-56.2/-56.16.7327.8
    217047-55.2/-55.36.7526.4
    9 |8 J7 k+ h3 C3 f: ?6 g9 {; y2 t1 @! C

    0 E% T3 p! V" }2 _( `) t0 ^

    2 }! `9 g( Y) s  X' A- j& z
    图3  方案测试平台$ Y: B2 k6 P3 E: u  F
    方案总结0 V; y* T8 K0 \- `4 Q) g* D
    通过整个方案所选用的器件以及测试结果可以看出,该方案具备以下几大优势:. \: Z, n' V& a  x, r: Q
    ' p9 M. X* W6 A/ k6 ?
    : Q% D: n2 t* J6 q# e2 @1 V8 }
    1. 高功率:采用传统的回退方式,基本不可能实现这么大的功率输出,该方案在传统方式上有质的突破;) H: V; r: G6 W
    $ w" q4 E; a8 ]  E- H& n

    1 a2 H. J" B" ~0 `( _: t2. 低成本:该方案采用集成模拟预失真+PA的方式实现大功率输出,比采用数字预失真+PA的方式出显著的节约了成本;
    0 l9 P$ M- P" u0 X" ?( K; t7 ~- P0 y7 }" O6 m: U
    ; q# |* a8 V4 N) `! h* Q
    3. 高效率:该方案末级双管采用了doherty的电路结构,极大的提高漏极效率,较平衡双管效率提高在15%以上;
    4 B5 E3 |- G0 q0 e1 {: d6 V6 I$ P
    : I1 o" G: f5 W  Y; R  h- H
    4. 结构简单,易于集成:采用了集成模拟预失真芯片,能够很好的跟PA集成在一个模块里面,在紧凑的体积里面,实现大功率输出的功能。7 q0 @% V1 q5 x* J( d+ K
    4 S7 n3 r) u! [6 b/ l
    1 R- z4 M# ?. ~( B" U: J
    9 \0 x5 ~& o0 D* t

    ' N  f7 r# K; i0 i$ _
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