針對包絡(luò)跟蹤放大器完整的測試方案

本文介紹了羅德與施瓦茨公司針對包絡(luò)跟蹤放大器完整的測試方案，最新的矢量信號源SMW200A是業(yè)界第一臺(tái)同時(shí)支持射頻信號和包絡(luò)信號輸出的測試儀表，大大提高了測試效率，減輕了測試復(fù)雜度。同時(shí)，其分析軟件基于矢量信號分析儀FSW可以測量包絡(luò)跟蹤放大器測試所需的所有指標(biāo)，包括功放效率、射頻指標(biāo)等。

移動(dòng)通信技術(shù)從2G時(shí)代的GSM/EDGE發(fā)展到3G時(shí)代的WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000，再到目前的研究熱點(diǎn)LTE/LTE-A，高階調(diào)制、多載波等新技術(shù)的應(yīng)用，使得網(wǎng)絡(luò)所支持的數(shù)據(jù)速率越來越高，與此同時(shí)信號的峰均比（PAR）也越來越大。而傳統(tǒng)的固定電源功率放大器在高峰均比、高功率情況下，工作效率很低，從而導(dǎo)致很大一部分能量浪費(fèi)了，尤其是對于終端的電池壽命影響很大。

與傳統(tǒng)的固定電源功放相比，包絡(luò)跟蹤放大器可以與射頻信號的包絡(luò)同步地改變放大器電源電壓，從而提高包絡(luò)跟蹤功放的效率。所以，更多的功放廠商開始支持包絡(luò)跟蹤技術(shù)，來減少功率消耗，比如應(yīng)用在智能手機(jī)上的功放。

典型的功放測試系統(tǒng)由一臺(tái)信號源和一臺(tái)頻譜分析儀組成，不過對于包絡(luò)跟蹤放大器測試，需要一臺(tái)額外的信號源提供包絡(luò)信號給放大器的直流調(diào)制器。羅德與施瓦茨公司的矢量信號源SMW200A，一臺(tái)儀表就可以同時(shí)提供射頻信號和包絡(luò)信號給包絡(luò)跟蹤放大器，同時(shí)配合矢量信號分析儀FSW就可以對包絡(luò)跟蹤放大器的功放效率、鄰帶泄露特性、調(diào)制特性等指標(biāo)進(jìn)行分析測量，如果加裝相應(yīng)的數(shù)字預(yù)失真選件，該套測試環(huán)境還可以對放大器進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)失真測試。

包絡(luò)跟蹤技術(shù)基礎(chǔ)

現(xiàn) 代通信系統(tǒng)中的數(shù)字調(diào)制信號比如LTE/LTE-A 都有很高的峰均比，至少會(huì)有幾個(gè)dB。也就是說LTE的瞬時(shí)信號功率隨著時(shí)間的變化會(huì)有很大的變化，為了防止功放工作在飽和區(qū)域，所以需要給傳統(tǒng)的功放提 供一個(gè)很高的直流電壓。這樣，當(dāng)功放工作在低輸出功率時(shí)，會(huì)造成很多能量以散熱的方式浪費(fèi)了。

包絡(luò)跟蹤技術(shù)的應(yīng)用，有效地克服了這個(gè)問題。理想的包絡(luò)跟蹤技術(shù)可以根據(jù)射頻信號的包絡(luò)，動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)給功放的供電電壓，從而使得功放的效率大大提高。以移動(dòng)終端為例，應(yīng)用了包絡(luò)跟蹤技術(shù)的功放，可以使得電池的壽命大大延長。

圖1給出了傳統(tǒng)功放與包絡(luò)跟蹤放大器的基本原理差別。

圖1：傳統(tǒng)功率放大器和包絡(luò)跟蹤放大器基本原理圖。

從圖1可以看出，對于傳統(tǒng)的功率放大器直接把基帶的IQ數(shù)據(jù)上變頻之后，以射頻形式提供給功放，同時(shí)功放需要一個(gè)恒定的直流電壓供電。但是，對于包絡(luò)跟蹤放大器，除了提供射頻信號之外，還需要把相應(yīng)基帶信號的包絡(luò)下列公式提供給直流調(diào)制器，以便提供可變的直流電壓給功放。

為了使直流調(diào)制器更有效地工作，需要把直接的包絡(luò)信息A經(jīng)過一定的賦形處理，比如線性、查找表、多項(xiàng)式、Detroughing等。同時(shí)，為了使功放能夠正 常有效地工作，到達(dá)功放的射頻信號和調(diào)制直流電壓需要嚴(yán)格的時(shí)間對齊，如果兩者的時(shí)間存在一定的誤差，就會(huì)導(dǎo)致功放輸出信號的調(diào)制質(zhì)量變差。

包絡(luò)跟蹤測試方案

羅德與施瓦茨公司針對包絡(luò)跟蹤放大器提 供了完整的測試方案，矢量信號源SMW200A可以提供測試所需的射頻信號和包絡(luò)信號，矢量信號分析儀FSW可以對放大器輸出的射頻信號以及直流調(diào)制器輸 出的電壓和電流進(jìn)行測量，同時(shí)SMW200A和FSW可以由運(yùn)行在PC機(jī)上的測試軟件FS-K180PC進(jìn)行控制，自動(dòng)完成包絡(luò)跟蹤的測試。

SMW200A 可以實(shí)時(shí)產(chǎn)生各種通信制式的標(biāo)準(zhǔn)信號，也可以加載客戶自定義的ARB文件。同時(shí)，SMW200A的IQ Analog模塊可以輸出相應(yīng)的包絡(luò)信號，并且可以適配直流調(diào)制器的電壓范圍、偏壓、增益、阻抗等特征參數(shù)。在包絡(luò)跟蹤測試過程中，還需要對包絡(luò)信號進(jìn)行 賦形，SMW200A支持線性、查找表、多項(xiàng)式和Detroughing等賦形方式；射頻信號和調(diào)制電壓是否同步，對包絡(luò)跟蹤的效果至關(guān)重 要，SMW200A支持包絡(luò)信號和射頻信號之間可調(diào)整的時(shí)延范圍是，可以輕松滿足同步的需要。

FSW具有良好的射頻指標(biāo)，可以對放大器的頻域特性進(jìn)行測試，同時(shí)可以分析各種通信標(biāo)準(zhǔn)信號的調(diào)制質(zhì)量（EVM、頻譜誤差等），如果加裝模擬IQ輸入選件，還可以對直流調(diào)制器輸出電壓和電流進(jìn)行測試。

FS- K180PC軟件可以通過網(wǎng)絡(luò)接口控制SMW200A和FSW，來完成包絡(luò)跟蹤和數(shù)字預(yù)失真的自動(dòng)測試。該軟件可以測試常規(guī)的頻域信息，比如PA輸出信號 的功率、ACLR等；測試信號的調(diào)制質(zhì)量，比如EVM、IQ Offset、IQ Imblance等；測試包絡(luò)信號和射頻信號的時(shí)域關(guān)系；同時(shí)還可以測試放大器的AM-AM，AM-PM特性，并且可以通過軟件中的“Update DPD on SMW”功能實(shí)時(shí)對SMW200A中的信號進(jìn)行數(shù)字預(yù)失真補(bǔ)償，使PA工作在線性區(qū)域。

本文使用羅德與施瓦茨公司的測試設(shè)備和軟件，對實(shí)際的包絡(luò)跟蹤放大器進(jìn)行測試，現(xiàn)場測試連接如圖2所示：

圖2：包絡(luò)跟蹤放大器測試連接圖。

測試結(jié)果及說明

包絡(luò)跟蹤技術(shù)可以使工作在高功率輸出狀態(tài)下的放大器減 少功率損耗，提高功放效率。以該測試為例，當(dāng)我們使用上行10MHz 帶寬的FDD LTE信號作為放大器的輸入，其輸出平均功率約為25dBm，此時(shí)與傳統(tǒng)的恒定電壓供電放大器相比，使用包絡(luò)跟蹤技術(shù)可以使其功放效率提高20%左右。同時(shí)，F(xiàn)S-K180PC軟件還可以對放大器的EVM、ACLR等射頻指標(biāo)進(jìn)行測試，也可以測試出進(jìn)放大器射頻信號與包絡(luò)電壓之間的時(shí)域關(guān)系，具體結(jié)果如圖3所示。

圖3：包絡(luò)跟蹤放大器測試結(jié)果。

從測試結(jié)果圖中可以看出，F(xiàn)S-K180PC軟件同時(shí)可以對放大器的預(yù)失真效果進(jìn)行測試和補(bǔ)償，F(xiàn)SW測試出放大器的AM-AM、AM-PM特征，會(huì)自動(dòng)生 成相應(yīng)的查找表，SMW200A支持實(shí)時(shí)的修改數(shù)字預(yù)失真查找表，無需重新生成信號即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字預(yù)失真功能，通過激活該功能可以使放大器的線性截止點(diǎn)提高3個(gè)dB左右。

小結(jié)

本文介紹了羅德與施瓦茨公司針對包絡(luò)跟蹤放大器完整的測試方案，最新的矢量信號源SMW200A是業(yè)界第一臺(tái)同時(shí)支持射頻信號和包絡(luò)信號輸出的測試儀表，大大提高了測試效率，減輕了測試復(fù)雜度。同時(shí)，其分析軟件基于矢量信號分析儀FSW可以測量包絡(luò)跟蹤放大器測試所需的所有指標(biāo)，包括功放效率、射頻指標(biāo)等。