射頻預(yù)失真技術(shù) - 功放線性化實現(xiàn)方法

　　SC1889和SC1869 RFPAL是使用射頻輸入和輸出信號(RFIN和RFOUT)的自適應(yīng)系統(tǒng)，因此它們能夠在遠程無線電頭端、PA模塊以及無需直接訪問數(shù)字處理器的任何應(yīng)用中獨立工作。例如，圖4a顯示了使用RFPAL的一種高層系統(tǒng)框圖。在該圖中，方向性耦合器用于驅(qū)動線性化電路的射頻輸入(RFIN和RFFB)。校正信號(RFOUT)再通過方向耦合器與功放輸入信號組合在一起。該線性化器使用功放輸出信號自適應(yīng)地判斷在給定平均與峰值功率電平、中心頻率和信號帶寬下的功放非線性特征。然后在頻域中對來自功放輸出端的這個反饋信號(RFFB)進行分析，并為代價函數(shù)的自適應(yīng)校正產(chǎn)生一個頻譜上分解過的線性度指標。

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　　圖4:圖(a)顯示了Scintera公司SC1889/69 RFPAL的關(guān)鍵功能模塊，圖(b)顯示了安裝在評估印刷電路板(PCB)上的芯片。

　　RFPAL處理器根據(jù)Volterra級數(shù)近似算法產(chǎn)生校正信號，而這種近似算法還會通過一組由數(shù)字控制器產(chǎn)生的可編程系數(shù)得到不斷的優(yōu)化。數(shù)字控制器運行一種自適應(yīng)算法，然后將系數(shù)應(yīng)用于校正處理器以最大限度地減小代價函數(shù)。如圖4b所示，整個線性器系統(tǒng)(包括圖5a虛線內(nèi)的所有元件)可以在一個緊湊的印刷電路板(PCB)內(nèi)實現(xiàn)，面積不到6.5cm2,并且BOM成本低。

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　　圖5:該圖顯示了典型的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)實現(xiàn)，其中WCDMA信號在30MHz帶寬內(nèi)，使用了14位的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

　　借助為RFPD基本操作建立的基線可以描述更大的系統(tǒng)，并與DPD放大器線性化方法的使用進行比較。圖5描述了DPD如何擴展信號鏈最前點的數(shù)字基帶處的帶寬(向有用信號增加預(yù)失真校正信號)。這種帶寬擴展隨即通過整個發(fā)射機鏈傳播，并通過反饋路徑再次回到數(shù)字基帶。帶寬擴展將增加時鐘速率，擴大元件帶寬要求，并導(dǎo)致更高的系統(tǒng)功耗，從而加重整個系統(tǒng)的負擔(dān)。增加的復(fù)雜性包括(但不限于)極具挑戰(zhàn)性的時鐘發(fā)生器要求(包括抖動性能)，增加了對多極高頻重構(gòu)濾波器的需求，并需要寬帶線性頻率上變頻器。

　　當采用DPD系統(tǒng)時，上變頻器之后的濾波器頻率響應(yīng)必須足夠?qū)?，以適應(yīng)有用信號加上功放預(yù)失真要求的帶寬擴展。遺憾的是，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、上變頻器等產(chǎn)生的位于濾波器通帶內(nèi)的任何噪聲也將被功放所放大。在大多數(shù)應(yīng)用中，消除落在接收頻帶內(nèi)噪聲的唯一方法是在功放輸出端做文章。這要求所用濾波器的尺寸、成本和插入損耗隨設(shè)計要求而改變。為了滿足更加嚴格的抑制要求，濾波器成本也可能增加。由于這種濾波器而增加的任何插損都將降低效率，并要求功放得到更強的驅(qū)動才能在天線端取得原始設(shè)計要求的相同輸出功率。因此，濾波器在一定程度上會負面影響通過使用DPD取得的好處。取而代之的是使用更低噪聲的DAC和上變頻器，盡量減少對功放后濾波器的需求，但與較高噪聲的器件相比，成本和功耗會較高。

　　需要注意的是，功耗估算是基于集成的DPD/DSP特殊應(yīng)用集成電路(ASIC)和外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、DAC、下變頻器、時鐘發(fā)生器和功率檢測器。功耗估算不包括數(shù)字上變頻器(DUC)、振幅因數(shù)減少(CFR)電路和功放，因為它們同時存在于DPD和RFPD實現(xiàn)中。

　　借助獨立的RFIN/RFOUT架構(gòu)和自適應(yīng)射頻預(yù)失真技術(shù)，Scintera公司的一體化方法允許只在需要的點位--在功放輸入端注入校正信號。這種實現(xiàn)的好處見圖6.時鐘發(fā)生器、重構(gòu)濾波器和上變頻器的要求都有所放寬，同時從數(shù)字基帶一直到功放的發(fā)射機鏈中的所有元件都可以工作在1倍信號帶寬。不過，線性化器可以工作在超過5倍的信號帶寬條件下，不會犧牲任何系統(tǒng)設(shè)計或功耗性能，因為最新殘留互調(diào)產(chǎn)物可以被輕松濾除。SC1889/69總的預(yù)失真帶寬約為250MHz,支持補償即時帶寬(有用信號)為20MHz時的11階互調(diào)失真，或即時帶寬為50MHz時的5階互調(diào)失真。另外，基于RFPD的系統(tǒng)在功放前只需要一個窄帶濾波器，從而放寬了DAC和上變頻器的噪聲要求，避免在功放輸出端使用高價的濾波電路。雖然RFPD實現(xiàn)沒有要求，但SC1889/69 RFPAL還是集成了完整的RFFB反饋路徑，因而極大地簡化了總體系統(tǒng)設(shè)計，并將受帶寬擴展影響的有源元件限制為僅功放和線性化器件。這些好處導(dǎo)致非常低的功耗，以及相當簡化的、更低成本的發(fā)射器和基帶架構(gòu)。

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　　圖6:這是與圖5類似的模塊圖，但使用了Scintera RFPD,用于演示總體系統(tǒng)功耗的節(jié)省。

　　在本文所給的例子中，RFPD實現(xiàn)的功耗比DPD實現(xiàn)少4W.雖然在宏蜂窩設(shè)計中這種功耗差別不太重要，但在微蜂窩、毫微蜂窩和企業(yè)毫微微蜂窩設(shè)計中，基于RFPD的設(shè)計所具有的更低功耗、更低系統(tǒng)成本和更小外形封裝是重要因素。SC1889/69 SoC還包含許多可選功能，例如為前向和反射功率提供測量功能，用于監(jiān)視溫度和頻譜掩模條件的功能等，這些功能可進一步簡化系統(tǒng)實現(xiàn)。

　　Scintera公司的射頻功放線性化方法是將一部分預(yù)失真算法從數(shù)字域重新分配到模擬/射頻域。圖7中的幾乎整個校正處理器模塊都是使用射頻/模擬電路(包括圖8a所示的部分)實現(xiàn)的，因此與等效的數(shù)字實現(xiàn)方案相比，這種方法具有非常低的功耗、寬帶寬性能和緊湊電路結(jié)構(gòu)。

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　　圖7:該圖顯示了Scintera SC1889/69 RFPAL芯片內(nèi)部的基本功能模塊。