Розмова про підсилювач потужності COFDM PA

Підсилювач потужності COFDM PA

Як професійний постачальник бездротових приймачів відео та даних, багато клієнтів запитають про підсилювачі потужності для збільшення покриття бездротових передавачів і посилення бездротового сигналу. Можна сказати, що підсилювач потужності є перешкодою, якої не можуть уникнути багато радіочастотних інженерів. функція, класифікація, Індекс продуктивності, склад схеми, технологія підвищення ефективності, тенденція розвитку... Чи знаєте ви все, що вам потрібно знати про радіочастотні підсилювачі потужності?? Приходь складати уроки!

Дві ключові специфікації для радіочастотних PA: потужність і лінійність

В радіочастотних підсилювачах потужності, Ефективність потужності (Павука) визначається як відношення різниці між потужністю вихідного сигналу та потужністю вхідного сигналу до потужності, споживаної джерелом живлення постійного струму, а саме:
PAE = (PRFOUT - PRFIN)/PDC = (PRFOUT - PRFIN)/(VDC*IDC)

Функції радіочастотного підсилювача потужності RF PA

Радіочастотний підсилювач потужності RF PA є основною частиною системи передачі, і його важливість очевидна. У схемі попереднього каскаду передавача, потужність радіочастотного сигналу, створюваного контуром модулюючого генератора, дуже мала, і йому потрібно пройти серію етапів посилення-буферу, проміжна стадія посилення, і кінцевий етап підсилення потужності для отримання достатньої РЧ-потужності перед подачею випромінювання на антену. Щоб отримати досить велику вихідну радіочастотну потужність, необхідно використовувати радіочастотний підсилювач потужності. Підсилювачі потужності часто є найдорожчими, найбільш властолюбні, та найменш ефективні компоненти стаціонарної установки або терміналу.
Після модулятор генерує радіочастотний сигнал, радіочастотно-модульований сигнал посилюється до достатньої потужності RFPA, пройшли через відповідну мережу, а потім випромінюється антеною.
Функція підсилювача полягає в посиленні вхідного вмісту та його виведенні. Вхід і вихід, яку ми називаємо "сигнали," часто виражаються як напруга або потужність. Для "система" наприклад підсилювач, його "внесок" це підняти певний рівень того, що це "поглинає" і "вихід" до зовнішнього світу. Це "внесок у покращення" є "значення" існування підсилювача. Якщо підсилювач може мати хорошу продуктивність, тоді він може сприяти більше, яка відображає власну "значення". Якщо є певні проблеми в пер "конструкція механізму" підсилювача, потім після початку роботи або роботи протягом певного періоду часу, він не тільки не зможе надати жодного "внесок", але деякі несподівані "удар" може виникнути. "Шок" є катастрофічним для зовнішнього світу або для самого підсилювача.

Класифікація радіочастотного підсилювача потужності

За різними умовами праці, Підсилювачі потужності класифікуються наступним чином:
Робоча частота радіочастотних підсилювачів потужності дуже висока, але смуга частот відносно вузька. Радіочастотні підсилювачі потужності зазвичай використовують мережі вибору частоти як схеми навантаження. Радіочастотні підсилювачі потужності можна розділити на три типи робочих станів: A (A), В (В), і С (З) відповідно до кута провідності струму. Кут провідності струму підсилювача класу А становить 360°, який підходить для підсилення малої потужності сигналу. Кут провідності струму підсилювача класу В дорівнює 180°, і кут провідності струму підсилювача класу C менше 180°. І клас B, і клас C підходять для умов роботи з високою потужністю, а вихідна потужність і ефективність робочих умов класу C є найвищими серед трьох робочих умов. Більшість радіочастотних підсилювачів потужності працюють у класі C, але поточна форма сигналу підсилювачів класу С надто спотворена, тому їх можна використовувати лише для посилення потужності, використовуючи налаштовану схему як резонанс навантаження. Завдяки фільтруючій здатності петлі налаштування, контурний струм і напруга все ще близькі до синусоїдальної форми з невеликими спотвореннями.
На додаток до вищезазначених робочі стани класифікуються відповідно до кута провідності струму, є також клас D (D) підсилювачі та клас Е (Е) підсилювачі, які змушують електронні пристрої працювати в комутаційному стані. ККД підсилювачів класу D вище, ніж у підсилювачів класу C.

Показник ефективності радіочастотного підсилювача потужності RF PA

Основними технічними показниками підсилювача потужності радіочастот RF PA є вихідна потужність і ККД. Як покращити вихідну потужність і ефективність є основою мети розробки радіочастотного підсилювача потужності. Зазвичай в радіочастотному підсилювачі потужності, основна частота або певна гармоніка може бути обрана резонансним контуром LC для реалізації неспотвореного посилення. Загалом, в оцінці підсилювачів, мабуть, є такі показники:
- прибуток. Це співвідношення між входом і виходом і являє собою внесок підсилювача. Хороший підсилювач повинен зробити стільки ж "вихід" якомога в межах свого "діапазон власних можливостей".
-робоча частота. Це являє собою пропускну здатність підсилювача для різних частотних сигналів.
- Робоча смуга частот. Це визначає, який діапазон може підсилювач "сприяти". Для вузькосмугового підсилювача, навіть якщо його власний дизайн не є проблемою, його внесок може бути обмеженим.
-стабільність. Кожен транзистор має потенціал "регіони нестабільності." The "дизайн" підсилювача необхідно усунути ці потенційні нестабільності. Існує два типи стабільності підсилювача, потенційно нестабільний і абсолютно стабільний. Перший може виглядати нестабільним за певних умов і середовищ, а останній може гарантувати стабільність за будь-яких обставин. Питання стабільності важливе, оскільки нестабільність означає "коливання", коли підсилювач впливає не тільки на себе, але також виводить нестабільні фактори.
- Максимальна вихідна потужність. Цей показник визначає "місткість" підсилювача. Для "великі системи", Є надія, що вони можуть видавати більше потужності за рахунок певного посилення.
-ефективність. Підсилювачі повинні споживати певну кількість "енергії" а також досягти певної кількості "внесок". Відношення його внеску до споживання і є ККД підсилювача. Хороший підсилювач - це той, який дає більше і споживає менше.
- лінійний. Лінійність характеризує правильну реакцію підсилювача на велику кількість входів. Погіршення лінійності означає, що підсилювач "спотворює" або "спотворює" введення за наявності надлишкового введення. Хороший підсилювач не повинен цього демонструвати "дивний" природи.

Склад схеми підсилювача радіочастотної потужності RF PA

Існують різні типи підсилювачів. Спрощений, Схема підсилювача може складатися з наступних частин: транзистори, схеми зміщення та стабілізації, а також вхідні та вихідні схеми узгодження.

1. Транзистор

Існує багато видів транзисторів, включаючи транзистори з різними структурами, які були винайдені. По суті, транзистор працює як джерело керованого струму або напруги, перетворюючи енергію порожнього постійного струму в a "корисний" вихід. Енергія постійного струму отримується із зовнішнього світу, а транзистор споживає його і перетворює в корисні компоненти. Транзистор, ми можемо розглядати це як "одиниця". Різні "можливості" різних транзисторів, наприклад, їх здатність протистояти силі різна, що також зумовлено їх здатністю отримувати енергію постійного струму; наприклад, швидкість їх реакції різна, який визначає, наскільки широкий і високий він може працювати в діапазоні частот; наприклад, імпеданс, спрямований на вхідні та вихідні порти, різний, і зовнішні можливості реагування різні, що визначає складність його зіставлення.

2. Схема зміщення та стабілізації

Схеми зміщення та стабілізації - це дві різні схеми, але тому, що їх часто важко розрізнити, і цілі дизайну збігаються, їх можна обговорювати разом.
Робота транзистора повинна відбуватися за певних умов зсуву, яку ми називаємо статичною робочою точкою. Це основа транзистора і його власні "позиціонування". Кожен транзистор має для себе певне позиціонування, і різне розташування визначатиме його власний режим роботи, а також є різні виступи в різних позиціонуваннях. Деякі точки позиціонування мають невеликі коливання, які підходять для роботи з малим сигналом; деякі точки позиціонування мають значні коливання, які підходять для високої потужності; деякі точки позиціонування мають менший попит, чистий випуск, і підходять для малошумної роботи; деякі точки позиціонування, Транзистори завжди коливаються між насиченням і відсіченням, у стані перемикання. Відповідна точка зміщення є основою нормальної роботи.
Схема стабілізації повинна бути перед схемою узгодження, тому що транзистору потрібна схема стабілізації як частина самого себе, а потім контактує із зовнішнім світом. В очах зовнішнього світу, транзистор зі схемою стабілізації - a "новинка" транзистор. Це робить певним "жертви" отримати стабільність. Механізми, які стабілізують схему, забезпечують плавну та стабільну роботу транзисторів.

3. Схема узгодження входу та виходу

Метою узгоджувальної схеми є вибір прийнятного режиму. Для тих транзисторів, які хочуть забезпечити більше посилення, підхід полягає в тому, щоб прийняти та вивести через дошку. Це означає, що через інтерфейс схеми узгодження, зв'язок між різними транзисторами більш плавний. Для різних типів підсилювачів, узгоджувальна схема - не єдиний метод проектування "прийнято в повному обсязі". Деякі невеликі трубки з невеликим постійним струмом і неглибоким фундаментом більш готові виконувати певну кількість блокувань під час прийому, щоб отримати кращі шумові характеристики. проте, з блокуванням не можна перестаратися, інакше це вплине на його внесок. Для деяких гігантських силових ламп, потрібно бути обережним при виведенні, тому що вони більш нестійкі, і в той же час, певна стриманість допомагає їм докладати більше зусиль "неспотворений" енергії.

Реалізація стабільності РЧ підсилювача потужності ВЧ ПА

Кожен транзистор потенційно нестабільний. Хороші схеми стабілізації можна з’єднати з транзисторами, щоб утворити a "безперервна робота" режим. Реалізацію схем стабілізації можна розділити на два види: вузькосмугові та широкосмугові.
Схема вузькосмугової стабілізації споживає певний коефіцієнт посилення. Ця стабільна схема реалізується шляхом додавання певних схем споживання та селективних схем. Ця схема дозволяє транзистору вносити лише невеликий діапазон частот. Інша широкосмугова стабілізація - введення негативного зворотного зв'язку. Ця схема може працювати в широкому діапазоні.
Джерелом нестабільності є позитивний зворотний зв'язок, а ідея вузькосмугової стабільності полягає в тому, щоб стримати частину позитивного зворотного зв'язку. Звичайно, це також пригнічує внесок. Негативний відгук, зроблено добре, має багато додаткових приємних переваг. Наприклад, негативний зворотний зв'язок може перешкодити узгодженню транзисторів, не потребує підбору, щоб добре взаємодіяти із зовнішнім світом. На додачу, введення негативного зворотного зв'язку поліпшить лінійні характеристики транзистора.

Технологія підвищення ефективності радіочастотного підсилювача потужності RF PA

ККД транзистора має теоретичну межу. Ця межа змінюється в залежності від вибору точки зсуву (статична робоча точка). На додачу, якщо периферійна схема не розроблена належним чином, його ефективність буде значно знижена. Наразі, у інженерів не так багато способів підвищити ефективність. Тут лише два види: технологія відстеження конвертів і технологія Doherty.
Суть технології відстеження конвертів полягає в розділенні вхідних даних на два типи: фаза і конверт, а потім посилити їх окремо різними схемами підсилювача. Таким чином, два підсилювачі можуть зосередитися на своїх відповідних частинах, а співпраця двох підсилювачів може досягти мети підвищення ефективності використання.
Суть технології Doherty полягає в тому: з використанням двох транзисторів одного типу, тільки один працює, коли вхід невеликий, і працює у високоефективному стані. Якщо вхід збільшується, обидва транзистора працюють одночасно. Основою для реалізації цього методу є те, що два транзистора повинні мовчазно взаємодіяти один з одним. Робочий стан одного транзистора безпосередньо визначатиме ефективність роботи іншого.

Проблеми тестування для радіочастотних PA

Підсилювачі потужності є дуже важливими компонентами систем бездротового зв'язку, але вони за своєю суттю є нелінійними, викликаючи явища спектрального зростання, які заважають сусіднім каналам, і може порушувати встановлені законом стандарти позасмугового випромінювання. Ця характеристика може навіть викликати внутрішньосмугові спотворення, що збільшує частоту бітових помилок (BER) і знижує швидкість передачі даних системи зв'язку.
За співвідношенням пікової та середньої потужності (PAPR), новий формат передачі OFDM матиме більш спорадичну пікову потужність, що ускладнює сегментацію PA. Це погіршує відповідність спектральної маски та збільшує EVM і BER по всій формі сигналу. Щоб вирішити цю проблему, Інженери-конструктори зазвичай свідомо знижують робочу потужність ПА. На жаль, це дуже неефективний підхід, оскільки ПА зменшує 10% своєї робочої потужності і втрачає 90% його потужності постійного струму.
Більшість сучасних радіочастотних PA підтримують кілька режимів, діапазони частот, і режими модуляції, зробити більше тестових елементів доступними. Тисячі тестових завдань – не рідкість. Використання нових технологій, таких як зменшення крест-фактора (CFR), цифрове передвикривлення (DPD) і відстеження конвертів (ET) може допомогти оптимізувати продуктивність PA та енергоефективність, але ці технології тільки ускладнять тест і значно подовжать його час. Час проектування та тестування. Збільшення смуги пропускання РЧ PA призведе до п’ятикратного збільшення смуги пропускання, необхідної для вимірювань DPD (можливо перевищення 1 ГГц), подальше підвищення складності тесту.
Відповідно до тенденції, з метою підвищення ефективності, RF PA компоненти та інтерфейсні модулі (FEM) буде більш тісно інтегровано, і єдиний FEM підтримуватиме більш широкий діапазон діапазонів частот і режимів модуляції. Інтеграція джерела живлення ET або модулятора в FEM може ефективно зменшити загальні вимоги до простору всередині мобільного пристрою. Збільшення кількості слотів фільтра/дуплексера для підтримки більшого робочого діапазону частот збільшить складність мобільних пристроїв і кількість тестових елементів.

Підсилювач потужності радіочастотного модуля мобільного телефону (ПА) Ситуація на ринку

Поле підсилювачів потужності мобільних телефонів наразі є компонентом, який не можна інтегрувати в мобільні телефони. Продуктивність мобільного телефону, слід, якість зв'язку, міцність мобільного телефону, і термін служби батареї все залежить від підсилювача потужності.
Як інтегрувати ці підсилювачі потужності з різними частотними діапазонами та стандартами є важливою темою, яку вивчає галузь. в даний час, є два рішення: одна — архітектура злиття, яка об'єднує ВЧ-підсилювачі потужності PA різних частот; інша архітектура - це інтеграція вздовж сигнального ланцюга, тобто, PA та дуплексер інтегровані. Обидві схеми мають переваги та недоліки, і підходять для різних мобільних телефонів. Конвергентна архітектура, висока інтеграція ПА, має очевидну перевагу розміру більш ніж 3 смуги частот, і очевидна економічна перевага для 5-7 смуги частот. Недоліком є ​​те, що хоча ПА є інтегрованим, дуплексер все ще досить складний, і є втрати перемикання, коли PA інтегрований, і це вплине на продуктивність. Для останньої архітектури, продуктивність краща. Інтеграція підсилювача потужності та дуплексера може покращити характеристики струму, що може заощадити десятки міліампер струму, що еквівалентно подовженню часу розмови на 15%. тому, Інсайдери галузі припускають, що коли їх більше ніж 6 смуги частот (за винятком 2G, маючи на увазі 3G і 4G), приймається конвергентна архітектура, а коли менше 4 використовуються діапазони частот, ПАД, рішення, що об’єднує PA та дуплексер, використовується.