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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 h: |) _: \2 e* F* f8 q- ~# H2 V
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    DXY鼎芯无限3G WCDMA直放站50W PA方案实现
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    / K1 M4 |8 |5 t: b5 a2 k
    提高功放效率的必然性0 P9 f9 `# E: s
    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。

    1 \# d$ M7 n: P8 @& V& ~$ @% ]2 M! S2 ]3 w9 C
    为什么选择模拟预失真
    5 K) p0 ~. ]$ x3 j, Y6 M5 Z0 x* A/ L
    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。" @) Q7 m, L, o/ S, D/ f) N
    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。: b/ W% F# s" z+ R2 S+ |
    # F7 J% b/ D/ ~2 j6 ~7 t# o3 n
    方案实现介绍
    6 J) O2 R) N1 i4 T& f1 \
    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。
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    图1  RF原理框图

    " I0 i, g: V6 Z/ L拓扑和器件选择带来的挑战# E& J! H0 t/ Y5 x  @  ~
    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。0 n) Y* I; W. i' u% @2 m- f
    6 v3 u& }% s0 O; N) A/ d6 W
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    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。$ a1 m7 H5 g/ u* l

    ! s' K; f  N( c

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    图2  SC1887预失真实现框图

    8 z9 c6 k7 s2 x6 B
    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。" r1 A, C- Z( p2 a$ z1 P3 u" t
    4 O$ b9 O& X! O2 A
    2. 放大管的选择
    & {9 x* l# \* D; ^. ^4 G4 |; |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。
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    ! R, b( i! v/ h* a
    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。
    0 L* g9 Z" |- G- A% V8 j8 r+ j1 ?$ G' S4 |$ T8 d4 z' B

    + y& A$ E! U3 s$ f7 D8 @6 K4 |测试结果
    : a: j# y3 e# ?. q; j) `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。9 F+ z. v- J5 V( Y2 W& ^3 S

    4 t$ C. W( h* ~* x8 F' y3 ]

    9 {8 Z; o7 X& p+ \% V! [
    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

    8 Y  a7 A6 t- h- W8 n! e2 e# a; I: q& w9 T' l3 ^2 W6 D9 n& X9 X1 Y

    % }& n' w+ U: O/ W) Y7 \
    图3  方案测试平台$ r4 W4 L+ [* [; T( b3 w- D& G
    方案总结, M0 H: z2 b- u! w
    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:
    - N7 C( _# M9 T) S! G2 e
    8 [: x; o' ~1 K- J# X
    ! H& [) b' P- k8 L, T2 i: v5 ~
    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;3 B: B2 s+ U& @+ v/ i3 i( D3 s2 C- ~

    9 I5 C8 J4 c. B7 \: I
    ) B' }. u) J/ b- i5 K
    2. 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; ( H: ]3 C( {% l9 }
    ! i; q% a- V8 Y. \
    2 q- k' }: A$ ~. e
    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;/ E9 c; b7 b2 o! J/ ^' Q
    - F' ?) i1 Z2 k) Q

    # p6 H) X' \; m/ K: k, E4. 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。
    . U, @0 e& o! j, {$ ]+ x  x
    : x# Y1 k  T5 t1 a. C7 c5 j

    4 a6 [, r$ t  q. Q2 S
    8 [/ W1 b4 l  p
    8 r' H! h. D0 `) x: k
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