為您的5G射頻功率放大器選擇即插即用線性化器

最大化功率放大器的線性度不應伴隨著電信設備功耗過高或系統(tǒng)復雜性增加的警告。在此設計解決方案中，我們考慮了三種不同的線性化技術是否適合部署在5G電信基礎設施中，同時牢記這些限制。

介紹

“如果用胖魔術標記繪制在對數-對數刻度上，一切都是線性的?！边@個所謂的“馬爾定律”提出了一個半開玩笑的觀點，即有時如何操縱數據測量以適應比現(xiàn)實更線性的輪廓。然而，對于功率放大器（PA）來說，實現(xiàn)高線性度沒有這樣的捷徑，而功率放大器（PA）是移動蜂窩通信基礎設施的核心。隨著 5G 或第 5 代蜂窩移動通信的展開部署，對這些放大器的性能提出了進一步的要求。

在這個設計解決方案中，我們介紹了5G電信技術有望帶來的功能和優(yōu)勢，以及它將對PA設計提出的相關要求。然后，我們回顧了最常用的PA線性化技術，評估了它們是否適合滿足這些需求，然后介紹了一種低功耗線性化器IC，該IC有可能大大簡化PA設計，同時降低其在5G應用中的功耗。

5G 設計挑戰(zhàn)賽

與現(xiàn)有的電信技術相比，5G有望提供多種優(yōu)勢。它將為更多的并發(fā)用戶提供更高的數據速率，同時延長移動設備的電池壽命。為了實現(xiàn)這一點，PA必須以盡可能高的效率和比目前更高的帶寬（高達100MHz）運行。

放大器線性度

完全線性的PA應該只產生所需輸入信號的放大版本。實際上，這樣的PA并不存在。相反，非線性會導致輸出信號失真，隨著放大器接近飽和點，失真量會增加（圖 2）。

圖2.輸出功率與失真之間的關系。

對于多音輸入信號，非線性會導致 PA 輸出端出現(xiàn)不需要的交調頻率（圖 3）。

圖3.PA生成的互調項。

降低PA失真需要使用某種形式的線性化技術。在以下各節(jié)中，我們將討論5G背景下最常見的線性化技術的操作和適用性。

退避

限制最大輸出功率電平，使整個信號位于PA傳輸曲線的線性區(qū)域內，是一種通常稱為“退避”的技術。這種相對簡單的方法的一個缺點是，隨著PA工作點進一步遠離其飽和點，放大器的效率（將直流電源轉換為RF能量的能力）會降低。滿足某些系統(tǒng)所需的信號峰均比（PAR）所需的回退量可能會將PA的效率降低至8%。這會導致更高的功耗、更高的系統(tǒng)實現(xiàn)成本和更大的散熱器。因此，退避不是在5G應用中實現(xiàn)可接受效率的合適線性化方法。

有源線性化

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”的有源線性化形式。使用這種技術，可以“預測”PA固有非線性引起的失真量，并將其逆輸入信號路徑，從而相對于放大器輸出端的所需信號減小不需要的音調的大?。?strong>圖4）。這被指定為相鄰通道泄漏比（ACLR），應至少為-50dBc。

圖4.具有預失真線性化的PA輸出特性。

兩種常用的有源線性化類型是數字預失真（DPD）和射頻功率放大器線性化（RFPAL）。

DPD

如圖5所示，數字預失真（DPD）將預失真校正信號添加到信號鏈中最早點（即數字基帶）的所需信號中。

圖5.數字預失真系統(tǒng)實現(xiàn)。

DPD系統(tǒng)可以通過多種方式實現(xiàn)。雖然提供完全集成的版本（包括基帶、數字和RF），但某些解決方案具有獨立的數字基帶和分立RF。另一種變體包括帶有RF收發(fā)器（和DPD觀察路徑）的FPGA。然而，收發(fā)器的工作頻率是輸入信號帶寬的5倍，這大大增加了設計復雜性、尺寸和功耗（典型值為5W），這使得DPD不適合在小型低功耗應用中使用。

RFPAL

下面的圖6顯示了使用稱為RFPAL的替代有源線性化預失真技術的系統(tǒng)的高級框圖。

圖6.射頻預失真系統(tǒng)實現(xiàn)。

使用獨立射頻在/射頻外架構和自適應RF預失真技術，這種方法允許校正信號僅在需要的點（即PA的輸入）注入。這意味著系統(tǒng)可以使用更簡單、更小的發(fā)射器和基帶架構在較低的頻率（輸入信號帶寬）下工作，比DPD系統(tǒng)需要更少的功率。直到最近，使用RFPAL的最大線性化輸入通道帶寬僅為60MHz。 圖7顯示了克服這一限制的新型RFPAL IC。

圖7.SC1905 RFPAL典型應用電路。

該產品的工作頻率范圍高達3.8GHz，具有高達100MHz的線性化輸入信號帶寬。功耗僅為1280mW，與DPD解決方案相比，功耗降低了70%。圖8顯示了使用該線性化器的典型PA測得的ACLR和效率性能（5個非連續(xù)20MHz LTE通道，10dB PAR）。

圖8.使用 SC1905 RFPAL 的 PA ACLR。

對于37dBm的輸出功率電平，PA在-50dB ACLR時的效率為23%（在沒有RFPAL的情況下ACLR改進~8dB）。此外，由于該RFPAL器件已通過幾種常用PA（包括A類、AB類和Doherty）進行了評估，因此它有效地代表了“即插即用”解決方案，降低了設計復雜性、周期持續(xù)時間和風險。該 IC 采用 9mm x 9mm QFN 封裝，解決方案總尺寸（包括電源、散熱器和外殼）僅為 6.5cm2.此外，如果需要，可以使用混頻器對線性化PA信號進行上變頻，適用于高達6GHz的應用。

結論

5G電信設備將需要以比以往更高的帶寬和更高的效率運行。所用PA的線性度和效率將是滿足這些要求的關鍵。在本設計解決方案中，我們考慮了一些最常見的PA線性化技術。我們已經證明，退避不適合在5G設計中使用，但使用DPD作為有源線性化的一種形式可以提高整體線性度和效率。然而，這是一項高度復雜的技術，導致整體系統(tǒng)功耗增加，解決方案尺寸更大。我們可以得出結論，使用小型即插即用RFPAL IC可以實現(xiàn)更簡單、更低功耗的線性化形式，從而提高輸入信號帶寬高達100MHz的PA效率。它適用于各種應用中不同架構（A/AB/Doherty）、工藝（GaAs、GaN、InGa）和頻率（698MHz至3.8GHz）的PA。這使其成為5G無線蜂窩基礎設施和其他應用的最佳選擇。

審核編輯：郭婷