Apropos COFDM PA-Leistungsverstärker
COFDM PA-Leistungsverstärker
Als professioneller Anbieter von drahtlosen Video- und Datentransceivern, Viele Kunden fragen nach Leistungsverstärkern, um die Reichweite von Funksendern zu erhöhen und die Stärke des Funksignals zu verbessern. Man kann sagen, dass der Leistungsverstärker eine Hürde darstellt, die viele HF-Ingenieure nicht umgehen können. Funktion, Einstufung, Leistungsindex, Schaltungszusammensetzung, Technologie zur Effizienzsteigerung, Entwicklungstrend... Wissen Sie alles, was Sie über HF-Leistungsverstärker wissen müssen?? Kommen Sie und bilden Sie den Unterricht aus!
Zwei wichtige Spezifikationen für RF-PAs: Leistung und Linearität
In HF-Leistungsverstärkern, Energieeffizienz (Pae) ist definiert als das Verhältnis der Differenz zwischen der Ausgangssignalleistung und der Eingangssignalleistung zur Leistungsaufnahme der Gleichstromversorgung, nämlich:
PAE = (PRFOUT - PRFIN)/PDC = (PRFOUT - PRFIN)/(VDC*IDC)
Funktionen des HF-Leistungsverstärkers RF PA
Der Hochfrequenz-Leistungsverstärker RF PA ist der Hauptbestandteil des Übertragungssystems, und seine Bedeutung liegt auf der Hand. Im Vorstufenkreis des Senders, Die von der modulierenden Oszillatorschaltung erzeugte HF-Signalleistung ist sehr gering, und es muss eine Reihe von Verstärkungs-Puffer-Stufen durchlaufen, Zwischenverstärkungsstufe, und eine letzte Leistungsverstärkungsstufe, um ausreichend HF-Leistung zu erhalten, bevor der Antenne Strahlung zugeführt wird. Um eine ausreichend große Hochfrequenz-Ausgangsleistung zu erhalten, Es muss ein Hochfrequenz-Leistungsverstärker verwendet werden. Leistungsverstärker sind oft die teuersten, am leistungshungrigsten, und am wenigsten effiziente Komponenten einer stationären Anlage oder eines Terminals.
Danach erzeugt der Modulator das Hochfrequenzsignal, Das hochfrequenzmodulierte Signal wird vom RFPA auf ausreichende Leistung verstärkt, durch das passende Netzwerk geleitet, und dann von der Antenne abgestrahlt.
Die Funktion des Verstärkers besteht darin, den Eingangsinhalt zu verstärken und auszugeben. Die Ein- und Ausgabe, was wir nennen "Signale," werden oft als Spannungen oder Leistung ausgedrückt. Für ein "System" wie zum Beispiel einen Verstärker, es ist "Beitrag" ist es, ein bestimmtes Niveau dessen anzuheben, was es ist "absorbiert" und "Ausgabe" zur Außenwelt. Dies "Verbesserungsbeitrag" ist der "Bedeutung" der Existenz des Verstärkers. Wenn der Verstärker eine gute Leistung erbringen kann, dann kann es mehr beitragen, was sein eigenes widerspiegelt "Wert". Wenn es in der Anfangsphase bestimmte Probleme gibt "Mechanismusdesign" des Verstärkers, dann nach Beginn der Arbeit oder nach längerer Arbeit, Es wird nicht nur nicht in der Lage sein, welche bereitzustellen "Beitrag", aber einige unerwartet "Schocks" kann auftreten. "Schock" ist für die Außenwelt oder den Verstärker selbst katastrophal.
Klassifizierung von HF-Leistungsverstärkern RF PA
Je nach Arbeitsbedingungen, Leistungsverstärker werden wie folgt klassifiziert:
Die Betriebsfrequenz von HF-Leistungsverstärkern ist sehr hoch, aber das Frequenzband ist relativ schmal. HF-Leistungsverstärker verwenden im Allgemeinen Frequenzauswahlnetzwerke als Lastkreise. HF-Leistungsverstärker können in drei Arten von Betriebszuständen unterteilt werden: EIN (EIN), B (B), und C (C) entsprechend dem aktuellen Leitungswinkel. Der Leitungswinkel des Klasse-A-Verstärkerstroms beträgt 360°, die für die Kleinsignalverstärkung mit geringer Leistung geeignet ist. Der Leitungswinkel des Klasse-B-Verstärkerstroms beträgt 180°, und der Leitungswinkel des Klasse-C-Verstärkerstroms beträgt weniger als 180°. Sowohl Klasse B als auch Klasse C sind für Arbeitsbedingungen mit hoher Leistung geeignet, und die Ausgangsleistung und Effizienz der Arbeitsbedingungen der Klasse C sind die höchsten unter den drei Arbeitsbedingungen. Die meisten HF-Leistungsverstärker arbeiten in Klasse C, aber die aktuelle Wellenform von Klasse-C-Verstärkern ist zu verzerrt, Daher können sie nur zur Leistungsverstärkung verwendet werden, indem ein abgestimmter Schaltkreis als Lastresonanz verwendet wird. Aufgrund der Filterfähigkeit der Abstimmschleife, Der Schleifenstrom und die Schleifenspannung liegen immer noch nahe an sinusförmigen Wellenformen mit geringer Verzerrung.
Zusätzlich zu den oben genannten Arbeitszuständen klassifiziert nach dem aktuellen Leitungswinkel, es gibt auch Klasse D (D) Verstärker und Klasse E (E) Verstärker, die elektronische Geräte im Schaltzustand zum Laufen bringen. The efficiency of Class D amplifiers is higher than that of Class C amplifiers.
Performance index of radio frequency power amplifier RF PA
The main technical indicators of radio frequency power amplifier RF PA are output power and efficiency. How to improve output power and efficiency is the core of the design goal of radio frequency power amplifier. Usually in the RF power amplifier, the fundamental frequency or a certain harmonic can be selected by the LC resonant circuit to realize undistorted amplification. Allgemein gesagt, there are probably the following indicators in the evaluation of amplifiers:
- gewinnen. This is the ratio between input and output and represents the contribution of the amplifier. A good amplifier is to contribute as much "Ausgabe" as possible within its "range of its own capabilities".
-Arbeitsfrequenz. Dies stellt die Belastbarkeit des Verstärkers für verschiedene Frequenzsignale dar.
- Arbeits Bandbreite. Dies bestimmt, wie viel Reichweite der Verstärker haben kann "beitragen". Für einen Schmalbandverstärker, auch wenn das eigene Design kein Problem darstellt, sein Beitrag kann begrenzt sein.
-Stabilität. Jeder Transistor hat Potenzial "Regionen der Instabilität." Das "Entwurf" Der Verstärker muss diese potenziellen Instabilitäten beseitigen. Es gibt zwei Arten der Verstärkerstabilität, potenziell instabil und absolut stabil. Ersteres kann unter bestimmten Bedingungen und Umgebungen instabil erscheinen, Letzteres kann unter allen Umständen Stabilität garantieren. Die Frage der Stabilität ist wichtig, weil Instabilität bedeutet "Schwingung", wenn der Verstärker nicht nur sich selbst beeinflusst, sondern gibt auch instabile Faktoren aus.
- Maximale Ausgangsleistung. Dieser Indikator bestimmt die "Kapazität" des Verstärkers. Zum "große Systeme", Es besteht die Hoffnung, dass sie auf Kosten eines bestimmten Gewinns mehr Leistung abgeben können.
-Effizienz. Verstärker müssen eine bestimmte Menge verbrauchen "Energie" und auch eine gewisse Menge erreichen "Beitrag". Das Verhältnis seines Beitrags zum Verbrauch ist die Effizienz des Verstärkers. Ein guter Verstärker ist einer, der mehr leistet und weniger verbraucht.
- linear. Linearität kennzeichnet die korrekte Reaktion des Verstärkers auf eine große Anzahl von Eingängen. Eine Verschlechterung der Linearität bedeutet, dass der Verstärker "verzerrt" oder "verzerrt" die Eingabe bei Vorhandensein einer überschüssigen Eingabe. Ein guter Verstärker sollte dies nicht aufweisen "ausgeflippt" Natur.
Schaltungsaufbau des HF-Leistungsverstärkers RF PA
Es gibt verschiedene Arten von Verstärkern. Vereinfacht, Die Schaltung des Verstärkers kann aus folgenden Teilen bestehen: Transistoren, Vorspannungs- und Stabilisierungsschaltungen, und Eingangs- und Ausgangsanpassungsschaltungen.
1. Transistor
Es gibt viele Arten von Transistoren, einschließlich Transistoren mit verschiedenen Strukturen, die erfunden wurden. Im Wesentlichen, Ein Transistor fungiert als gesteuerte Strom- oder Spannungsquelle, indem er die Energie eines leeren Gleichstroms in a umwandelt "nützlich" Ausgabe. Gleichstromenergie wird von der Außenwelt bezogen, und der Transistor verbraucht es und wandelt es in nützliche Komponenten um. Ein Transistor, wir können es als betrachten "eine Einheit". Anders "Fähigkeiten" verschiedener Transistoren, So sind beispielsweise ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Kräften unterschiedlich, was auch auf ihre Fähigkeit zurückzuführen ist, Gleichstromenergie zu gewinnen; zum Beispiel, Ihre Reaktionsgeschwindigkeit ist unterschiedlich, Dies bestimmt, wie breit und hoch im Frequenzband gearbeitet werden kann; zum Beispiel, Die Impedanzen gegenüber den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen sind unterschiedlich, und die externen Reaktionsfähigkeiten sind unterschiedlich, Dies bestimmt die Schwierigkeit, es zuzuordnen.
2. Vorspannungs- und Stabilisierungsschaltung
Vorspannungs- und Stabilisierungsschaltungen sind zwei verschiedene Schaltungen, sondern weil sie oft schwer zu unterscheiden sind und die Designziele übereinstimmen, sie können gemeinsam besprochen werden.
Der Betrieb des Transistors muss unter bestimmten Vorspannungsbedingungen erfolgen, den wir den statischen Arbeitspunkt nennen. Dies ist die Grundlage des Transistors und seine eigene "Positionierung". Jeder Transistor hat für sich eine bestimmte Positionierung, und unterschiedliche Positionierung bestimmt seinen eigenen Arbeitsmodus, und es gibt auch unterschiedliche Leistungen in unterschiedlicher Positionierung. Einige Positionierungspunkte weisen kleine Schwankungen auf, die für Kleinsignalarbeiten geeignet sind; Einige Positionierungspunkte weisen große Schwankungen auf, die für eine hohe Leistungsabgabe geeignet sind; Einige Positionierungspunkte sind weniger gefragt, reine Befreiung, und eignen sich für geräuscharmes Arbeiten; einige Positionierungspunkte, Transistoren bewegen sich ständig zwischen Sättigung und Abschaltung, in einem Schaltzustand. Ein geeigneter Bias-Punkt ist die Grundlage für den Normalbetrieb.
Die Stabilisierungsschaltung muss vor der Anpassungsschaltung liegen, weil der Transistor die Stabilisierungsschaltung als Teil seiner selbst benötigt, und kontaktiert dann die Außenwelt. In den Augen der Außenwelt, Der Transistor mit der Stabilisierungsschaltung ist ein "Brandneu" Transistor. Es sorgt für Gewissheit "Opfer" Stabilität zu gewinnen. Mechanismen, die den Schaltkreis stabilisieren, sorgen dafür, dass die Transistoren reibungslos und gleichmäßig funktionieren.
3. Eingangs- und Ausgangsanpassungsschaltung
Der Zweck der Anpassungsschaltung besteht darin, einen akzeptierten Modus auszuwählen. Für Transistoren, die mehr Verstärkung bieten möchten, Der Ansatz besteht darin, flächendeckend zu akzeptieren und auszugeben. Dies bedeutet, dass über die Schnittstelle der Anpassschaltung, Die Kommunikation zwischen verschiedenen Transistoren ist reibungsloser. Für verschiedene Verstärkertypen, Die Anpassungsschaltung ist nicht die einzige Entwurfsmethode "in vollem Umfang akzeptiert". Einige kleine Röhren mit kleinem Gleichstrom und flachem Fundament sind eher bereit, beim Empfang ein gewisses Maß an Blockierung vorzunehmen, um eine bessere Rauschleistung zu erzielen. aber, Die Blockierung darf nicht übertrieben werden, andernfalls wird es seinen Beitrag beeinträchtigen. Für einige riesige Endstufenröhren, Sie müssen bei der Ausgabe vorsichtig sein, weil sie instabiler sind, und gleichzeitig, ein gewisses Maß an Zurückhaltung hilft ihnen, sich mehr anzustrengen "unverzerrt" Energie.
Realisierung der Stabilität des HF-Leistungsverstärkers RF PA
Jeder Transistor ist potenziell instabil. Gute Stabilisierungsschaltungen können mit Transistoren zu einem verschmolzen werden "kontinuierliche Arbeit" Modus. Die Implementierung von Stabilisierungsschaltungen kann in zwei Arten unterteilt werden: Schmalband und Breitband.
Die Schmalband-Stabilisierungsschaltung verbraucht eine gewisse Verstärkung. Dieser stabile Schaltkreis wird durch das Hinzufügen bestimmter Verbrauchsschaltkreise und selektiver Schaltkreise realisiert. Durch diese Schaltung kann der Transistor nur einen kleinen Frequenzbereich beitragen. Eine weitere Breitbandstabilisierung ist die Einführung negativer Rückkopplungen. Diese Schaltung kann in einem weiten Bereich arbeiten.
Die Quelle der Instabilität ist positives Feedback, und die Idee der Schmalbandstabilität besteht darin, einige der positiven Rückmeldungen einzudämmen. Na sicher, Dadurch wird auch der Beitrag unterdrückt. Negatives Feedback, gut gemacht, hat viele weitere erfreuliche Vorteile. Beispielsweise, Eine negative Rückkopplung kann die Anpassung der Transistoren verhindern, Beide müssen nicht aufeinander abgestimmt sein, um eine gute Schnittstelle zur Außenwelt zu schaffen. In Ergänzung, Durch die Einführung einer negativen Rückkopplung wird die lineare Leistung des Transistors verbessert.
Effizienzverbesserungstechnologie des HF-Leistungsverstärkers RF PA
Der Transistorwirkungsgrad hat eine theoretische Grenze. Dieser Grenzwert variiert mit der Auswahl des Bias-Punkts (statischer Betriebspunkt). In Ergänzung, wenn der periphere Schaltkreis nicht gut ausgelegt ist, seine Effizienz wird stark reduziert. Momentan, Es gibt nicht viele Möglichkeiten für Ingenieure, die Effizienz zu verbessern. Hier gibt es nur zwei Arten: Umschlagverfolgungstechnologie und Doherty-Technologie.
Der Kern der Hüllkurvenverfolgungstechnologie besteht darin, die Eingabe in zwei Arten zu unterteilen: Phase und Hüllkurve, und diese dann separat durch verschiedene Verstärkerschaltungen verstärken. Auf diese Weise, Die beiden Verstärker können sich auf ihre jeweiligen Teile konzentrieren, und die Zusammenarbeit der beiden Verstärker kann das Ziel einer höheren Effizienzausnutzung erreichen.
Die Essenz der Doherty-Technologie ist: Verwendung von zwei Transistoren des gleichen Typs, Nur einer funktioniert, wenn die Eingabe klein ist, und arbeitet in einem hocheffizienten Zustand. Wenn die Eingabe zunimmt, Beide Transistoren arbeiten gleichzeitig. Die Grundlage für die Realisierung dieses Verfahrens besteht darin, dass die beiden Transistoren stillschweigend miteinander kooperieren sollten. Der Arbeitszustand eines Transistors bestimmt direkt die Arbeitseffizienz des anderen.
Testherausforderungen für RF-PAs
Leistungsverstärker sind sehr wichtige Komponenten in drahtlosen Kommunikationssystemen, aber sie sind von Natur aus nichtlinear, Dies verursacht spektrale Wachstumsphänomene, die benachbarte Kanäle stören, und möglicherweise gegen gesetzlich vorgeschriebene Out-of-Band-Emissionsstandards verstoßen. Diese Eigenschaft kann sogar zu In-Band-Verzerrungen führen, was die Bitfehlerrate erhöht (BER) und reduziert die Datenübertragungsrate des Kommunikationssystems.
Unter dem Spitzen-zu-Durchschnitts-Leistungsverhältnis (PAPR), Das neue OFDM-Übertragungsformat wird sporadischere Spitzenleistungen aufweisen, Dies erschwert die Segmentierung der PA. Dies verschlechtert die Einhaltung der Spektralmaske und erhöht EVM und BER über die gesamte Wellenform. Um dieses Problem zu lösen, Konstrukteure reduzieren in der Regel bewusst die Betriebsleistung der PA. Bedauerlicherweise, Dies ist ein sehr ineffizienter Ansatz, da sich die PA verringert 10% seiner Betriebsleistung und verliert 90% seiner Gleichstromleistung.
Die meisten heutigen RF-PAs unterstützen mehrere Modi, Frequenzbereiche, und Modulationsarten, Bereitstellung weiterer Testobjekte. Tausende von Testaufgaben sind keine Seltenheit. Der Einsatz neuer Technologien wie der Crest-Faktor-Reduktion (CFR), digitale Vorverzerrung (DPD) und Umschlagverfolgung (UND) kann dabei helfen, die PA-Leistung und Energieeffizienz zu optimieren, Diese Technologien machen den Test jedoch nur komplizierter und verlängern die Testzeit erheblich. Design- und Testzeit. Eine Erhöhung der Bandbreite des RF PA führt zu einer Verfünffachung der für DPD-Messungen erforderlichen Bandbreite (möglicherweise überschreiten 1 GHz), was die Testkomplexität weiter erhöht.
Dem Trend entsprechend, um die Effizienz zu steigern, RF-PA-Komponenten und Frontend-Module (FEM) werden stärker integriert, und ein einziges FEM unterstützt ein breiteres Spektrum an Frequenzbändern und Modulationsmodi. Durch die Integration einer ET-Stromversorgung oder eines ET-Modulators in das FEM kann der gesamte Platzbedarf im Mobilgerät effektiv reduziert werden. Die Erhöhung der Anzahl der Filter-/Duplexer-Steckplätze zur Unterstützung eines größeren Betriebsfrequenzbereichs wird die Komplexität mobiler Geräte und die Anzahl der Testobjekte erhöhen.
Mobiltelefon-HF-Modul-Leistungsverstärker (PA) Marktsituation
Der Bereich der Mobiltelefon-Leistungsverstärker ist derzeit eine Komponente, die nicht in Mobiltelefone integriert werden kann. Leistung eines Mobiltelefons, Fußabdruck, Anrufqualität, Handystärke, und Batterielebensdauer werden alle durch den Leistungsverstärker bestimmt.
Die Integration dieser Leistungsverstärker unterschiedlicher Frequenzbänder und Standards ist ein wichtiges Thema, mit dem sich die Branche beschäftigt. Zur Zeit, es gibt zwei Lösungen: Eine davon ist die Fusionsarchitektur, welches HF-Leistungsverstärker PA verschiedener Frequenzen integriert; Die andere Architektur ist die Integration entlang der Signalkette, das ist, Die PA und der Duplexer sind integriert. Beide Schemata haben Vor- und Nachteile, und sind für verschiedene Mobiltelefone geeignet. Konvergente Architektur, hohe Integration von PA, hat einen offensichtlichen Größenvorteil für mehr als 3 Frequenzbänder, und offensichtlicher Kostenvorteil für 5-7 Frequenzbänder. Der Nachteil ist, dass die PA zwar integriert ist, Der Duplexer ist immer noch ziemlich kompliziert, und es gibt Schaltverluste, wenn die PA integriert ist, und die Leistung wird beeinträchtigt. Für die letztere Architektur, Die Leistung ist besser. Durch die Integration des Leistungsverstärkers und des Duplexers können die Stromeigenschaften verbessert werden, Dadurch können mehrere zehn Milliampere Strom eingespart werden, was einer Verlängerung der Gesprächszeit um entspricht 15%. Deswegen, Brancheninsider vermuten, dass es mehr als gibt 6 Frequenzbänder (ausgenommen 2G, bezieht sich auf 3G und 4G), Es wird eine konvergente Architektur übernommen, und wenn weniger als 4 Frequenzbänder verwendet werden, UNTERLAGE, eine Lösung, die PA und Duplexer integriert, verwendet wird.