射頻功放的參數(shù)

PA，Power amplifier ，功率放大器，放大射頻信號(hào)送到天線，通過(guò)天線發(fā)射使其往遠(yuǎn)處發(fā)送。PA是手機(jī)射頻電路的核心，發(fā)射大功率的功放，接收端XCV中的LNA均是PA。

一個(gè)PA規(guī)格書要了解一些什么樣的參數(shù)。

1 制程工藝，涉及PA價(jià)格高低

2.工作電壓，低電壓工作較省電

3.頻率范圍，不同的頻率其參數(shù)都是不同的

4.封裝，看其封裝是否符合自己的要求

5.操作溫度，需要明白該器件使用的事宜

6.Gain, G(dB)=10log(Pout/Pin)=S21(dB)

7.Output 1dB

8.Output IP3

9.Noise Figure

10.Reverse Isolation

11.Power Supply

12.12.Power Consumption，即用多大的電壓消耗多少的電流

13.看其中的曲線圖示時(shí)一定要注意該曲線的測(cè)試條件，如電壓。

上圖可以看出，在輸入信號(hào)不斷加大的情況下，如何達(dá)到1dB壓縮點(diǎn)的話，再怎么輸入功率，也不會(huì)對(duì)輸出功率有提升。

**PA **MN小經(jīng)驗(yàn)

看其Demo的電路，可以幫助設(shè)計(jì)。一點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，“小”值元件通常用來(lái)做MN (Matching Network)，如電感，15nH的電感對(duì)900M來(lái)說(shuō)不算大，所以是MN元件，1.5p對(duì)900M來(lái)說(shuō)不算大，是MN元件。22pF對(duì)900M就是大電容用于耦合即Short(短路)高頻信號(hào)。另外，復(fù)阻抗為容性的IC比較多，所以經(jīng)常要用到電感匹配。

Gain flatness

G(dB)=10log(Pout/Pin)=S 21 (dB)

一般的Gain都是MN后的Gain，這一點(diǎn)一定要注意。Gain會(huì)隨輸入信號(hào)的不同而變。Gain不同的話就會(huì)使得不同頻率的信號(hào)出現(xiàn)AM調(diào)制，因?yàn)樾盘?hào)進(jìn)去是一個(gè)band的信號(hào)，所以Gain需要有flatness要求，Gain的flatness通常要求為±1dB。

Noise Figure

NF(dB)=10log[(Si/Ni)/(So/No)]

No一般會(huì)比較大，因?yàn)槌薎nput的Noise外，還有PA本身產(chǎn)生的Noise也會(huì)被放大，所以So/No比較小，而Sin/Nin會(huì)比較大，所以NF就會(huì)比較大。

通常頻率越高NF一般會(huì)越大。

OIP3&IIP3

放大器看OIP3;Mixer看IIP3

PIP3-P1dB=10.63(dB)來(lái)評(píng)估PIP3，P1dB是否符合要求。

每個(gè)元件有很多規(guī)格參數(shù)，需要一一去里了解，這樣才能在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)有思考的方向。

Polar&Linear PA

EDGE PA兩大主流：

1.線性PA

2.Polar PA

極化調(diào)制（Polar）的優(yōu)點(diǎn)是：效率高，因?yàn)楣ぷ髟陲柡蛥^(qū)。

缺點(diǎn)自然是：線性不好，EVM等參數(shù)差點(diǎn)。

Linear和Polar的不一樣不只體現(xiàn)在PA上，還和Transceiver有關(guān)系，必須配套使用。

Linear是指8PSK調(diào)制中的幅度和相位調(diào)制都在Transceiver中完成 ，PA就像CDMA的PA一樣光做放大，增益是固定的。因?yàn)?PSK的峰均比關(guān)系，所以必須要求PA線性度比較好。

Polar是指8PSK調(diào)制中的相位調(diào)制在Transceiver中完成，幅度調(diào)制在PA上通過(guò)Vramp來(lái)控制PA增益來(lái)完成，所以輸入信號(hào)對(duì)PA來(lái)說(shuō)峰均比是很小的 。而且頻譜的展開是因?yàn)橹鲃?dòng)增加了調(diào)制信息，所以就更GSM的PA差不多。

Linear的方案比較容易實(shí)現(xiàn)，Polar的要對(duì)路徑上的Phase信息進(jìn)行補(bǔ)償，做不好的話容易導(dǎo)致調(diào)制有問(wèn)題，還要考慮Phase補(bǔ)償在不同溫度等情況下的不同，整體方案比較復(fù)雜。

Polar PA可以工作在AB內(nèi)等非線性狀態(tài)效率比Linear高，Linear的效率理論上最高也才25%，但是Polar系統(tǒng)由于比較復(fù)雜，所以成本比linear系統(tǒng)高。

高通平臺(tái)經(jīng)常會(huì)見到說(shuō)Polar PA和Linear PA，兩者最主要的區(qū)別體現(xiàn)在功率VS電壓曲線上，如下圖。

PolarPA可以工作在非線性飽和區(qū)，比Linear PA效率高。但是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，PA TX校準(zhǔn)算法也復(fù)雜，成本比Linear PA高。

** 一般Polar PA操作時(shí)沒有Gain的狀態(tài)，只有一根Volt VS Pwr曲線** 。

對(duì)GSM來(lái)說(shuō)，曲線取值的區(qū)域一般-25dbm到34dbm的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)應(yīng)可以得到-25dbm和34dbm對(duì)應(yīng)的Volt電壓值，再對(duì)應(yīng)到基帶DAC的Digital Value，最后，我們得到的就是DAC VS POWER曲線。

** 在-25dbm到34dbm對(duì)應(yīng)的DAC值內(nèi)，分若干點(diǎn)，沒兩點(diǎn)之間進(jìn)行線性插值，就可以近似描出和實(shí)際曲線十分相近的DAC VS POWER曲線** ，這樣就可以獲得PA Profile表了。也就是一般我們所說(shuō)的GSM PA Profile校準(zhǔn)。

GSM TX POWER VS PCL就是根據(jù)實(shí)際PCL對(duì)應(yīng)的功率，進(jìn)行查表，從而獲得和該P(yáng)CL對(duì)應(yīng)功率最相近的DAC，按照這個(gè)DAC值輸出的電壓加到PA上，就 形成了所要的發(fā)射功率。 而 線性PA沒有這個(gè)Profile表，對(duì)應(yīng)的是一個(gè)功率范圍 ，如圖：

基帶來(lái)說(shuō)， Linear PA的控制電壓變成了兩根控制線，分別控制Linear PA的功率輸出范圍。在控制上，體現(xiàn)的就是功率切換點(diǎn)的設(shè)置 。合理的設(shè)置功率切換點(diǎn)，可以在PA發(fā)射時(shí)節(jié)省電流，因?yàn)橥瑯拥墓β?，在不同的功率輸出狀態(tài)下，PA的耗電流是不一樣的。

如對(duì)GSM Low band來(lái)說(shuō)，Low power mode下16dbm的耗電流就小于MPM下16dbm的耗電流。Polar PA和Linear PA各有各的優(yōu)點(diǎn)，但發(fā)展來(lái)看，Linear PA是主流。

其實(shí)對(duì)于linear PA也是分段線性，并不是絕對(duì)線性，所以linear PA才會(huì)分成幾個(gè)Power Mode，每個(gè)Power Mode的動(dòng)態(tài)范圍是不一樣的。這就說(shuō)明這一段動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，PA的線性度最好。

Phase Path就是從Transceiver TX_LB/HB過(guò)來(lái)的信號(hào)。一般功率在6dbm到10dbm之間，而polar pa一般要求是0到6dbm， 所以通常在XCV到PA之間都加衰減網(wǎng)絡(luò) ，最常用的就是50ohm電阻π型衰減網(wǎng)絡(luò)3到6db不等，看XCV實(shí)際的輸出功率大小了。

Envelope Path就是我們所說(shuō)的VRAMP ，示波器看到的類似PWM，對(duì)應(yīng)的就是PVT中rising edge和falling edge。功率越大，RAMP脈沖的峰值越大。

由于RAMP是按照TX Burst形式發(fā)射，按照GMSK要求，每個(gè)TDMA Frame中只能有1個(gè) TX Burst （通話狀態(tài)下），每個(gè)TDMA Fame的時(shí)間是 4.6ms ，故如果PCB做不好，會(huì)對(duì)音頻產(chǎn)生****1/4.6=217Hz 的干擾信號(hào)，這就是所謂的音頻通路出現(xiàn)的射頻干擾 。

此外，大功率發(fā)射時(shí)，還會(huì)對(duì)VBAT電壓產(chǎn)生暫時(shí)的 Voltage Drop ，會(huì)影響一些由VBAT供電的器件，所以在Polar PA的供電處，回放一顆大電容，緩沖PA大功率發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的 Volt Drop 。

Envelope path的作用就是讓發(fā)射功率形成包絡(luò)，以滿足Switch Specturm的要求。

Linear PA中，Phase和Envelope組合到了一起，功率發(fā)射時(shí)，由Gain State進(jìn)行平滑過(guò)渡，可以避免Polar PA產(chǎn)生的Voltage Drop現(xiàn)象。Polar PA的輸入是恒定的功率，而Linear PA的輸入是可變的功率，如下圖。

Linear PA的Po減去增益就是Linear PA的輸入。當(dāng)然Tansceiver到PA之間的衰減網(wǎng)絡(luò)取決于Transceiver輸出功率的大小。如果能滿足PA的要求，衰減網(wǎng)絡(luò)就不需要了。

Power Consumption

根據(jù)Agilent的研究， 在大部分的條件下 ， 強(qiáng)調(diào)提升最大輸出功率的效率僅能些微地提升通話時(shí)間 。

根據(jù)CDMA系統(tǒng)中手機(jī)實(shí)際運(yùn)作的輸出功率分配圖， 無(wú)論是在都會(huì)區(qū) (Urban) 或者是在郊區(qū) (Suburban) ，手機(jī)使用機(jī)率最高時(shí)的輸出功率， 都集中于 -10dBm ～ +10dBm的中低 功率 ( M id/ **L****ow Power **R ange) ，反而 以往一直強(qiáng)調(diào)最大輸出功率的機(jī)會(huì)，僅僅發(fā)生在郊區(qū)的少部分時(shí)間 。

因此 改善高輸出功率時(shí) ( H**igh Power R ange) **的PAE 對(duì)系統(tǒng)通話時(shí)間的提升并不顯著 。若能有效提升使用機(jī)率最高時(shí)的中間輸出功率(MediumPower Range，-10dBm～+10dBm)的附加功率效率PAE，必定能延長(zhǎng)手機(jī)的通話時(shí)間；而提升效率的方法有很多，最直接的辦法就是降低該輸出功率時(shí)的耗電流。

所以在耗電流這塊，主要的焦點(diǎn)還是要放在 -10dBm ～ +10dBm****這個(gè)區(qū)間。

實(shí)際中的經(jīng)驗(yàn)是很多運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)要求 -10dBm～+10dBm這個(gè)區(qū)間， Vodafone的3G Talk的功耗都是在0和10dBm時(shí)候評(píng)估的。

國(guó)內(nèi)大廠在調(diào)試PAE時(shí)候應(yīng)該也是以10dm為標(biāo)準(zhǔn)，小手機(jī)公司可能會(huì)以Max Power的電流為主優(yōu)化PAE。

PAE

PAE=(輸出功率-輸入功率)/直流消耗功率,PA主要是優(yōu)化了耗電流,同時(shí)減小Tx路徑輻射干擾,保證功率足夠。大電流意味著Microstrip周圍有較強(qiáng)的電磁場(chǎng),優(yōu)化電流,減小輻射。

根據(jù)PA Load-pull調(diào)試PAE,因?yàn)?a href="http://www.ttokpm.com/soft/data/43-48/" target="_blank">WCDMA/CDMA是類噪聲信號(hào),而VNA發(fā)出的信號(hào)為CW,所以會(huì)有VNA無(wú)源調(diào)試良好,但有源測(cè)試時(shí)候有差別的現(xiàn)象,所以還需進(jìn)行微調(diào)。

在Smith chart上針對(duì)不同的輸入功率，每給定一個(gè)輸入功率時(shí)繪制出在不同負(fù)載阻抗時(shí)的等輸出功率曲線(Power contours)，幫助找出最大功率時(shí)的最佳負(fù)載阻抗，這種方法稱為L(zhǎng)oad-Pull。

手機(jī)PA所要做的調(diào)試就是根據(jù)廠商提供的Load-pull曲線來(lái)優(yōu)化其輸出匹配，改善Tx Power，ACPR/ACLR和PAE的綜合性能，主要是要做好相關(guān)參數(shù)的平衡。