Over COFDM PA-eindversterker gesproken

COFDM PA-eindversterker

Als professionele leverancier van draadloze video- en datatransceivers, veel klanten zullen vragen stellen over eindversterkers om de dekking van draadloze zenders te vergroten en de draadloze signaalsterkte te verbeteren. Men kan zeggen dat de eindversterker een hindernis is die veel RF-ingenieurs niet kunnen vermijden. Functie, classificatie, Performance Index, samenstelling van circuits, technologie voor efficiëntieverbetering, ontwikkelingstrend... Weet jij alles wat je moet weten over RF-eindversterkers? Kom make-up lessen!

Twee belangrijke specificaties voor RF PA's: kracht en lineariteit

In RF-vermogensversterkers, vermogensefficiëntie (Pae) wordt gedefinieerd als de verhouding tussen het verschil tussen het uitgangssignaalvermogen en het ingangssignaalvermogen en het energieverbruik van de gelijkstroomvoeding, namelijk:
PAE = (PRFOUT - PRFIN)/PDC= (PRFOUT - PRFIN)/(VDC*IDC)

Functies van RF-eindversterker RF PA

Radiofrequentie-vermogensversterker RF PA is het belangrijkste onderdeel van het transmissiesysteem, en het belang ervan is vanzelfsprekend. In het voortrapcircuit van de zender, het door het modulerende oscillatorcircuit gegenereerde RF-signaalvermogen is erg klein, en het moet een reeks versterkingsbufferfasen doorlopen, tussenliggende versterkingsfase, en een laatste fase van vermogensversterking om voldoende RF-vermogen te verkrijgen voordat de straling naar de antenne wordt gevoerd. Om een ​​voldoende groot radiofrequentie-uitgangsvermogen te verkrijgen, Er moet een radiofrequentieversterker worden gebruikt. Eindversterkers zijn vaak het duurst, meest machtsbelust, en minst efficiënte componenten van een stationaire installatie of terminal.
Nadat de modulator het radiofrequentiesignaal genereert, het radiofrequentiegemoduleerde signaal wordt door de RFPA tot voldoende vermogen versterkt, doorgegeven via het bijpassende netwerk, en vervolgens uitgezonden door de antenne.
De functie van de versterker is om de invoerinhoud te versterken en uit te voeren. De in- en uitgang, die wij noemen "signalen," worden vaak uitgedrukt als spanningen of vermogen. Voor een "systeem" zoals een versterker, zijn "bijdrage" is om een ​​bepaald niveau te verhogen van wat het is "absorbeert" en "uitgang" naar de buitenwereld. Deze "verbetering bijdrage" is de "betekenis" van het bestaan ​​van de versterker. Als de versterker goede prestaties kan leveren, dan kan het meer bijdragen, die de zijne weerspiegelt "waarde". Als er bepaalde problemen zijn in de initiaal "mechanisme ontwerp" van de versterker, daarna nadat u bent begonnen met werken of een tijdje hebt gewerkt, niet alleen zal zij er geen kunnen bieden "bijdrage", maar sommige onverwacht "schokken" kan voorkomen. "Schok" is funest voor de buitenwereld of voor de versterker zelf.

Classificatie van RF-eindversterker RF PA

Volgens verschillende arbeidsomstandigheden, eindversterkers worden als volgt geclassificeerd:
De werkfrequentie van RF-vermogensversterkers is zeer hoog, maar de frequentieband is relatief smal. RF-vermogensversterkers gebruiken over het algemeen frequentieselectienetwerken als belastingscircuits. RF-vermogensversterkers kunnen worden onderverdeeld in drie soorten werktoestanden: EEN (EEN), B (B), en C (C) volgens de huidige geleidingshoek. De geleidingshoek van de klasse A-versterkerstroom is 360°, die geschikt is voor versterking van kleine signalen met laag vermogen. De geleidingshoek van de klasse B-versterkerstroom is gelijk aan 180°, en de geleidingshoek van de klasse C-versterkerstroom is minder dan 180°. Zowel klasse B als klasse C zijn geschikt voor werkomstandigheden met hoog vermogen, en het uitgangsvermogen en de efficiëntie van werkomstandigheden van klasse C zijn de hoogste van de drie werkomstandigheden. De meeste RF-eindversterkers werken in klasse C, maar de huidige golfvorm van klasse C-versterkers is te vervormd, ze kunnen dus alleen worden gebruikt om het vermogen te versterken door een afgestemd circuit als belastingresonantie te gebruiken. Vanwege het filtervermogen van de afstemlus, de lusstroom en -spanning liggen nog steeds dicht bij sinusoïdale golfvormen met weinig vervorming.
Naast de bovenstaande werktoestanden geclassificeerd volgens de huidige geleidingshoek, er zijn ook klasse D (D) versterkers en klasse E (E) versterkers die ervoor zorgen dat elektronische apparaten in de schakeltoestand werken. Het rendement van klasse D-versterkers is hoger dan dat van klasse C-versterkers.

Prestatie-index van radiofrequentie-vermogensversterker RF PA

De belangrijkste technische indicatoren van de radiofrequentie-vermogensversterker RF PA zijn uitgangsvermogen en efficiëntie. Het verbeteren van het uitgangsvermogen en de efficiëntie is de kern van het ontwerpdoel van een radiofrequentie-vermogensversterker. Meestal in de RF-eindversterker, de grondfrequentie of een bepaalde harmonische kan door het LC-resonantiecircuit worden geselecteerd om onvervormde versterking te realiseren. Over het algemeen, Er zijn waarschijnlijk de volgende indicatoren bij de evaluatie van versterkers:
- verdienen. Dit is de verhouding tussen input en output en vertegenwoordigt de bijdrage van de versterker. Een goede versterker draagt ​​daar net zo veel aan bij "uitgang" mogelijk binnen zijn "bereik van zijn eigen mogelijkheden".
-werkfrequentie. Dit vertegenwoordigt het draagvermogen van de versterker voor verschillende frequentiesignalen.
- werken bandbreedte. Dit bepaalt hoeveel bereik de versterker kan "bijdragen". Voor een smalbandversterker, ook al is een eigen ontwerp geen probleem, de bijdrage ervan kan beperkt zijn.
-stabiliteit. Elke transistor heeft potentieel "regio's van instabiliteit." De "ontwerp" van de versterker moet deze potentiële instabiliteiten elimineren. Er zijn twee soorten versterkerstabiliteit, potentieel onstabiel en absoluut stabiel. De eerste kan onder bepaalde omstandigheden en omgevingen onstabiel lijken, terwijl laatstgenoemde onder alle omstandigheden stabiliteit kan garanderen. De kwestie van stabiliteit is belangrijk omdat instabiliteit betekent: "oscillatie", wanneer de versterker niet alleen zichzelf beïnvloedt, maar levert ook onstabiele factoren op.
- Maximaal uitgangsvermogen. Deze indicator bepaalt de "capaciteit" van de versterker. Voor "grote systemen", men hoopt dat ze meer vermogen kunnen leveren ten koste van een zekere winst.
-efficiëntie. Versterkers moeten een bepaalde hoeveelheid verbruiken "energie" en ook een bepaald bedrag bereiken "bijdrage". De verhouding van zijn bijdrage aan het verbruik is de efficiëntie van de versterker. Een goede versterker is er een die meer bijdraagt ​​en minder verbruikt.
- lineair. Lineariteit kenmerkt de juiste reactie van de versterker op een groot aantal ingangen. Een verslechtering van de lineariteit betekent dat de versterker "vervormt" of "vervormt" de input in aanwezigheid van overtollige input. Een goede versterker zou dit niet moeten vertonen "gek" natuur.

Circuitsamenstelling van RF-eindversterker RF PA

Er zijn verschillende soorten versterkers. Vereenvoudigd, het circuit van de versterker kan uit de volgende delen bestaan: transistors, bias- en stabilisatiecircuits, en ingangs- en uitgangsaanpassingscircuits.

1. Transistor

Er zijn veel soorten transistoren, inclusief transistors met verschillende structuren die zijn uitgevonden. In wezen, een transistor werkt als een gecontroleerde stroom- of spanningsbron door de energie van een lege gelijkstroom om te zetten in een "bruikbaar" uitgang. Gelijkstroomenergie wordt verkregen van de buitenwereld, en de transistor verbruikt het en zet het om in bruikbare componenten. Een transistor, wij kunnen het beschouwen als "een eenheid". Verschillend "mogelijkheden" van verschillende transistoren, zoals hun vermogen om macht te weerstaan, zijn verschillend, wat ook te danken is aan hun vermogen om gelijkstroomenergie te verkrijgen; bijvoorbeeld, hun reactiesnelheid is anders, die bepaalt hoe breed en hoog het kan werken in de frequentieband; bijvoorbeeld, de impedanties tegenover de ingangs- en uitgangspoorten zijn verschillend, en de externe responsmogelijkheden zijn verschillend, die bepaalt de moeilijkheid om het te matchen.

2. Bias- en stabilisatiecircuit

Voorspannings- en stabilisatiecircuits zijn twee verschillende circuits, maar omdat ze vaak moeilijk te onderscheiden zijn en de ontwerpdoelen samenkomen, ze kunnen samen worden besproken.
De werking van de transistor moet onder bepaalde voorspanningsomstandigheden plaatsvinden, dat we het statische werkpunt noemen. Dit is de basis van de transistor en die van hemzelf "positionering". Elke transistor heeft een bepaalde positionering voor zichzelf, en een andere positionering zal zijn eigen werkmodus bepalen, en er zijn ook verschillende uitvoeringen in verschillende positioneringen. Sommige positioneringspunten hebben kleine fluctuaties, die geschikt zijn voor klein signaalwerk; sommige positioneringspunten kennen grote fluctuaties, die geschikt zijn voor een hoog vermogen; sommige positioneringspunten hebben minder vraag, pure bevrijding, en zijn geschikt voor geluidsarm werken; enkele positioneringspunten, Transistoren zweven altijd tussen verzadiging en afsnijding, in een schakeltoestand. Een geschikt voorspanningspunt vormt de basis voor normaal bedrijf.
Het stabilisatiecircuit moet zich vóór het aanpassingscircuit bevinden, omdat de transistor het stabilisatiecircuit als onderdeel van zichzelf nodig heeft, en neemt vervolgens contact op met de buitenwereld. In de ogen van de buitenwereld, de transistor met het stabilisatiecircuit is a "gloednieuw" transistor. Het maakt het zeker "offers" stabiliteit te verkrijgen. Mechanismen die het circuit stabiliseren, zorgen ervoor dat de transistors soepel en stabiel blijven werken.

3. Ingangs- en uitgangsaanpassingscircuit

Het doel van het aanpassingscircuit is het selecteren van een geaccepteerde modus. Voor die transistors die meer winst willen bieden, de aanpak is om het over de hele linie te accepteren en uit te voeren. Dit betekent dat via de interface van het aanpassingscircuit, de communicatie tussen verschillende transistors verloopt soepeler. Voor verschillende soorten versterkers, het matchingcircuit is niet de enige ontwerpmethode "in zijn geheel aanvaard". Sommige kleine buizen met een kleine gelijkstroom en een ondiepe fundering zijn meer bereid om bij ontvangst een bepaalde mate van blokkering uit te voeren om betere geluidsprestaties te verkrijgen. Echter, de blokkering kan niet overdreven zijn, anders zal het zijn bijdrage beïnvloeden. Voor sommige gigantische eindbuizen, u moet voorzichtig zijn bij het uitvoeren, omdat ze instabieler zijn, En tegelijkertijd, een zekere mate van voorbehoud helpt hen meer in te spannen "onvervormd" energie.

Realisatie van stabiliteit van RF-vermogensversterker RF PA

Elke transistor is potentieel onstabiel. Goede stabiliserende circuits kunnen worden gefuseerd met transistors om een "continu werk" modus. De implementatie van stabilisatiecircuits kan in twee typen worden verdeeld: smalbandig en breedbandig.
Het smalbandstabilisatiecircuit verbruikt een bepaalde hoeveelheid versterking. Dit stabiele circuit wordt gerealiseerd door bepaalde verbruikscircuits en selectieve circuits toe te voegen. Met dit circuit kan de transistor slechts een klein frequentiebereik bijdragen. Een andere breedbandstabilisatie is de introductie van negatieve feedback. Dit circuit kan over een breed bereik werken.
De bron van instabiliteit is positieve feedback, en het idee van smalbandstabiliteit is om een ​​deel van de positieve feedback te beteugelen. Natuurlijk, hierdoor wordt ook de bijdrage onderdrukt. Negatieve feedback, goed gedaan, heeft nog veel meer bevredigende voordelen. Bijvoorbeeld, Negatieve feedback kan ervoor zorgen dat transistors niet op elkaar worden afgestemd, geen van beide hoeft te worden afgestemd om goed te kunnen communiceren met de buitenwereld. Daarnaast, de introductie van negatieve feedback zal de lineaire prestaties van de transistor verbeteren.

Efficiëntieverbeteringstechnologie van RF-eindversterker RF PA

Het transistorrendement heeft een theoretische limiet. Deze limiet varieert afhankelijk van de selectie van het biaspunt (statisch werkpunt). Daarnaast, als het perifere circuit niet goed is ontworpen, de efficiëntie zal aanzienlijk worden verminderd. Momenteel, Er zijn niet veel manieren waarop ingenieurs de efficiëntie kunnen verbeteren. Er zijn hier slechts twee soorten: enveloptrackingtechnologie en Doherty-technologie.
De essentie van de enveloptrackingtechnologie is om de invoer in twee typen te scheiden: fase en envelop, en versterk ze vervolgens afzonderlijk met verschillende versterkercircuits. Op deze manier, de twee versterkers kunnen zich concentreren op hun respectievelijke onderdelen, en de samenwerking van de twee versterkers kan het doel van een hoger rendementsgebruik bereiken.
De essentie van Doherty-technologie is: met twee transistoren van hetzelfde type, er werkt er maar één als de input klein is, en werkt in een hoogrendementsstaat. Als de input toeneemt, beide transistors werken gelijktijdig. De basis voor de realisatie van deze werkwijze is dat de twee transistoren stilzwijgend met elkaar moeten samenwerken. De werktoestand van de ene transistor zal rechtstreeks de werkefficiëntie van de andere bepalen.

Testuitdagingen voor RF PA's

Eindversterkers zijn zeer belangrijke componenten in draadloze communicatiesystemen, maar ze zijn inherent niet-lineair, waardoor spectrale groeiverschijnselen ontstaan ​​die interfereren met aangrenzende kanalen, en kunnen wettelijk verplichte out-of-band-emissienormen schenden. Deze eigenschap kan zelfs in-band vervorming veroorzaken, waardoor de bitfoutenkans toeneemt (BER) en vermindert de datatransmissiesnelheid van het communicatiesysteem.
Onder de piek-tot-gemiddelde vermogensverhouding (PAPR), het nieuwe OFDM-transmissieformaat zal een sporadischer piekvermogen hebben, waardoor de PA moeilijk te segmenteren is. Dit verslechtert de compliantie van het spectrale masker en verhoogt de EVM en BER over de golfvorm. Om dit probleem op te lossen, ontwerpingenieurs verminderen meestal opzettelijk het bedrijfsvermogen van de PA. Helaas, dit is een zeer inefficiënte aanpak, omdat de PA afneemt 10% van zijn operationele kracht en verliest 90% van zijn gelijkstroom.
De meeste hedendaagse RF PA's ondersteunen meerdere modi, frequentiebereiken, en modulatiemodi, meer testitems beschikbaar maken. Duizenden testitems zijn niet ongewoon. Het gebruik van nieuwe technologieën zoals crestfactorreductie (CFR), digitale voorvervorming (DPD) en het volgen van enveloppen (EN) kan helpen bij het optimaliseren van PA-prestaties en energie-efficiëntie, maar deze technologieën zullen de test alleen maar ingewikkelder maken en de testtijd aanzienlijk verlengen. Ontwerp- en testtijd. Het vergroten van de bandbreedte van de RF PA zal resulteren in een vijfvoudige toename van de bandbreedte die nodig is voor DPD-metingen (mogelijk overschrijden 1 GHz), de testcomplexiteit nog verder vergroten.
Volgens de trend, om de efficiëntie te vergroten, RF PA-componenten en front-endmodules (FEM) nauwer geïntegreerd zullen zijn, en een enkele FEM ondersteunt een breder scala aan frequentiebanden en modulatiemodi. Het integreren van een ET-voeding of modulator in de FEM kan de totale ruimtebehoefte in het mobiele apparaat effectief verminderen. Het vergroten van het aantal filter-/duplexerslots ter ondersteuning van een groter werkfrequentiebereik zal de complexiteit van mobiele apparaten en het aantal testitems vergroten.

RF-module voor mobiele telefoons, eindversterker (VADER) Marktsituatie

Het gebied van eindversterkers voor mobiele telefoons is momenteel een onderdeel dat niet in mobiele telefoons kan worden geïntegreerd. Prestaties van mobiele telefoons, voetafdruk, gesprekskwaliteit, sterkte van mobiele telefoon, en de levensduur van de batterij worden allemaal bepaald door de eindversterker.
Hoe deze eindversterkers van verschillende frequentiebanden en standaarden te integreren zijn, is een belangrijk onderwerp dat de industrie heeft bestudeerd. Momenteel, er zijn twee oplossingen: één is de fusiearchitectuur, die RF-vermogensversterkers PA van verschillende frequenties integreert; de andere architectuur is de integratie langs de signaalketen, dat is, de PA en de duplexer zijn geïntegreerd. Beide regelingen hebben voor- en nadelen, en zijn geschikt voor verschillende mobiele telefoons. Geconvergeerde architectuur, hoge integratie van PA, heeft een duidelijk maatvoordeel voor meer dan 3 frequentiebanden, en duidelijk kostenvoordeel voor 5-7 frequentiebanden. Het nadeel is dat de PA weliswaar geïntegreerd is, de duplexer is nog steeds behoorlijk ingewikkeld, en er is schakelverlies wanneer de PA is geïntegreerd, en de prestaties zullen worden beïnvloed. Voor de laatste architectuur, de prestaties zijn beter. De integratie van de eindversterker en de duplexer kan de huidige eigenschappen verbeteren, waarmee tientallen milliampère stroom kan worden bespaard, wat gelijk staat aan het verlengen van de gesprekstijd met 15%. daarom, Insiders uit de industrie suggereren dat wanneer er meer zijn dan 6 frequentiebanden (exclusief 2G, verwijzend naar 3G en 4G), Er wordt gebruik gemaakt van een geconvergeerde architectuur, en wanneer minder dan 4 frequentiebanden worden gebruikt, PAD, een oplossing die PA en duplexer integreert, wordt gebruikt.