Talking About COFDM PA Power Amplifier

COFDM PA Power Amplifier

As a professional supplier of wireless video and data transceivers, many customers will ask about power amplifiers to increase the coverage of wireless transmitters and enhance wireless signal strength. The power amplifier can be said to be a hurdle that many RF engineers cannot avoid. Chức năng, classification, Chỉ số hiệu suất, circuit composition, efficiency improvement technology, development trend... Do you know everything you need to know about RF power amplifiers? Come make up lessons!

Two key specifications for RF PAs: power and linearity

In RF power amplifiers, Hiệu quả năng lượng (Pae) is defined as the ratio of the difference between the output signal power and the input signal power to the power consumption of the DC power supply, cụ thể là:
PAE = (PRFOUT - PRFIN)/PDC = (PRFOUT - PRFIN)/(VDC*IDC)

Functions of RF Power Amplifier RF PA

Radio Frequency Power Amplifier RF PA is the main part of the transmission system, and its importance is self-evident. In the pre-stage circuit of the transmitter, the RF signal power generated by the modulating oscillator circuit is very small, and it needs to go through a series of amplification-buffer stage, intermediate amplification stage, and final power amplification stage to obtain sufficient RF power before feeding radiate to the antenna. In order to obtain a sufficiently large radio frequency output power, a radio frequency power amplifier must be used. Power amplifiers are often the most expensive, most power-hungry, and least efficient components of a stationary installation or terminal.
After the modulator generates the radio frequency signal, tín hiệu điều chế tần số vô tuyến được khuếch đại đến công suất đủ bởi RFPA, được truyền qua mạng phù hợp, và sau đó được phát ra bởi ăng-ten.
Chức năng của bộ khuếch đại là khuếch đại nội dung đầu vào và xuất nó. Đầu vào và đầu ra, mà chúng tôi gọi "tín hiệu," thường được biểu thị dưới dạng điện áp hoặc công suất. Đối với một "hệ thống" chẳng hạn như một bộ khuếch đại, của nó "sự đóng góp" là nâng cao một mức độ nhất định của những gì nó "hấp thụ" và "đầu ra" đến thế giới bên ngoài. Cái này "đóng góp cải tiến" là "nghĩa" về sự tồn tại của bộ khuếch đại. Nếu bộ khuếch đại có thể có hiệu suất tốt, sau đó nó có thể đóng góp nhiều hơn, phản ánh cái riêng của nó "giá trị". Nếu có một số vấn đề nhất định trong thời gian đầu "thiết kế cơ chế" của bộ khuếch đại, sau đó sau khi bắt đầu làm việc hoặc làm việc trong một khoảng thời gian, nó không những không thể cung cấp bất kỳ "sự đóng góp", nhưng một số điều bất ngờ "những cú sốc" có thể xảy ra. "Sốc" is disastrous to the outside world or to the amplifier itself.

Classification of RF Power Amplifier RF PA

According to different working conditions, power amplifiers are classified as follows:
The operating frequency of RF power amplifiers is very high, but the frequency band is relatively narrow. RF power amplifiers generally use frequency selection networks as load circuits. RF power amplifiers can be divided into three types of working states: Một (Một), B (B), and C (C) according to the current conduction angle. The conduction angle of the Class A amplifier current is 360°, which is suitable for small signal low power amplification. The conduction angle of the Class B amplifier current is equal to 180°, and the conduction angle of the Class C amplifier current is less than 180°. Both Class B and Class C are suitable for high-power working conditions, and the output power and efficiency of Class C working conditions are the highest among the three working conditions. Most RF power amplifiers work in Class C, but the current waveform of Class C amplifiers is too distorted, so they can only be used to amplify power by using a tuned circuit as a load resonance. Due to the filtering ability of the tuning loop, the loop current and voltage are still close to sinusoidal waveforms with little distortion.
In addition to the above working states classified according to the current conduction angle, there are also Class D (D) amplifiers and Class E (E) amplifiers that make electronic devices work in the switching state. Hiệu suất của bộ khuếch đại Loại D cao hơn so với bộ khuếch đại Loại C.

Chỉ số hiệu suất của bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến RF PA

Các chỉ số kỹ thuật chính của bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến RF PA là công suất đầu ra và hiệu suất. Làm thế nào để cải thiện công suất và hiệu suất đầu ra là cốt lõi của mục tiêu thiết kế của bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến. Thông thường trong bộ khuếch đại công suất RF, tần số cơ bản hoặc một sóng hài nhất định có thể được chọn bởi mạch cộng hưởng LC để thực hiện khuếch đại không bị biến dạng. Nói chung, có lẽ có những chỉ số sau để đánh giá bộ khuếch đại:
- thu được. Đây là tỷ lệ giữa đầu vào và đầu ra và thể hiện sự đóng góp của bộ khuếch đại. Một bộ khuếch đại tốt là đóng góp càng nhiều "đầu ra" nhất có thể trong phạm vi của nó "phạm vi khả năng riêng của mình".
-tần số làm việc. Điều này thể hiện khả năng mang của bộ khuếch đại đối với các tín hiệu tần số khác nhau.
- băng thông làm việc. Điều này xác định phạm vi mà bộ khuếch đại có thể "đóng góp". Đối với bộ khuếch đại băng tần hẹp, ngay cả khi thiết kế riêng của nó không có vấn đề gì, sự đóng góp của nó có thể bị hạn chế.
-sự ổn định. Mỗi bóng bán dẫn đều có tiềm năng "những vùng không ổn định." Các "thiết kế" của bộ khuếch đại cần loại bỏ những bất ổn tiềm ẩn này. Có hai loại độ ổn định của bộ khuếch đại, có khả năng không ổn định và hoàn toàn ổn định. Cái trước có thể xuất hiện không ổn định trong những điều kiện và môi trường nhất định, trong khi cái sau có thể đảm bảo sự ổn định trong mọi trường hợp. Câu hỏi về sự ổn định là quan trọng bởi vì sự bất ổn có nghĩa là "dao động", khi bộ khuếch đại không chỉ ảnh hưởng đến chính nó, mà còn tạo ra các yếu tố không ổn định.
- Công suất đầu ra tối đa. Chỉ số này quyết định "dung tích" của bộ khuếch đại. Vì "hệ thống lớn", người ta hy vọng rằng họ có thể sản xuất nhiều năng lượng hơn nhưng phải trả giá bằng một số lợi ích nhất định.
-hiệu quả. Bộ khuếch đại phải tiêu thụ một lượng nhất định "năng lượng" và cũng đạt được một lượng nhất định "sự đóng góp". Tỷ lệ đóng góp của nó vào mức tiêu thụ là hiệu suất của bộ khuếch đại. Một bộ khuếch đại tốt là bộ khuếch đại đóng góp nhiều hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn..
- tuyến tính. Độ tuyến tính đặc trưng cho phản ứng chính xác của bộ khuếch đại với số lượng lớn đầu vào. Sự suy giảm tuyến tính có nghĩa là bộ khuếch đại "xuyên tạc" hoặc là "xuyên tạc" đầu vào khi có đầu vào dư thừa. Một bộ khuếch đại tốt không nên thể hiện điều này "quái đản" thiên nhiên.

Thành phần mạch của Bộ khuếch đại công suất RF RF PA

Có nhiều loại khuếch đại khác nhau. giản thể, mạch của bộ khuếch đại có thể bao gồm các phần sau: bóng bán dẫn, mạch thiên vị và ổn định, và mạch kết hợp đầu vào và đầu ra.

1. bóng bán dẫn

Có nhiều loại Transistor, bao gồm các bóng bán dẫn với nhiều cấu trúc khác nhau đã được phát minh. Thiết yếu, một bóng bán dẫn hoạt động như một nguồn dòng điện hoặc điện áp được điều khiển bằng cách chuyển đổi năng lượng của dòng điện một chiều trống thành năng lượng "hữu ích" đầu ra. Năng lượng DC được lấy từ thế giới bên ngoài, và bóng bán dẫn tiêu thụ nó và chuyển đổi nó thành các thành phần hữu ích. Một bóng bán dẫn, chúng ta có thể coi nó như "một đơn vị". Khác biệt "khả năng" của các bóng bán dẫn khác nhau, chẳng hạn như khả năng chịu đựng sức mạnh của họ là khác nhau, điều này cũng là do khả năng thu được năng lượng DC của chúng; ví dụ, tốc độ phản hồi của họ khác nhau, xác định mức độ rộng và cao của nó trong dải tần; ví dụ, trở kháng đối với cổng đầu vào và đầu ra là khác nhau, và khả năng phản hồi bên ngoài là khác nhau, xác định độ khó của việc kết hợp nó.

2. Mạch thiên vị và ổn định

Mạch phân cực và mạch ổn định là hai mạch khác nhau, mà vì chúng thường khó phân biệt và mục tiêu thiết kế hội tụ, họ có thể thảo luận cùng nhau.
Hoạt động của bóng bán dẫn cần phải ở trong những điều kiện sai lệch nhất định, mà chúng tôi gọi là điểm vận hành tĩnh. Đây là nền tảng của bóng bán dẫn và của riêng nó "định vị". Mỗi bóng bán dẫn có một vị trí nhất định cho chính nó, và định vị khác nhau sẽ xác định chế độ làm việc riêng của nó, và cũng có những màn trình diễn khác nhau ở những vị trí khác nhau. Một số điểm định vị có dao động nhỏ, phù hợp cho công việc tín hiệu nhỏ; một số điểm định vị có biến động lớn, phù hợp với công suất đầu ra cao; some positioning points have less demand, pure release, and are suitable for low-noise work; some positioning points, Transistors are always hovering between saturation and cutoff, in a switching state. An appropriate bias point is the basis for normal operation.
The stabilization circuit must be before the matching circuit, because the transistor needs the stabilization circuit as part of itself, and then contacts the outside world. In the eyes of the outside world, the transistor with the stabilization circuit is a "thương hiệu mới" transistor. It makes certain "sacrifices" to gain stability. Mechanisms that stabilize the circuit keep the transistors running smoothly and steadily.

3. Input and output matching circuit

The purpose of the matching circuit is to select an accepted mode. For those transistors that want to provide more gain, cách tiếp cận là chấp nhận và đầu ra trên diện rộng. Điều này có nghĩa là thông qua giao diện của mạch khớp, giao tiếp giữa các bóng bán dẫn khác nhau mượt mà hơn. Đối với các loại khuếch đại khác nhau, mạch phối hợp không phải là phương pháp thiết kế duy nhất "được chấp nhận toàn bộ". Một số ống nhỏ có DC nhỏ và nền nông sẵn sàng thực hiện một lượng chặn nhất định khi thu để có được hiệu suất chống ồn tốt hơn. Tuy nhiên, việc chặn không thể quá mức, nếu không nó sẽ ảnh hưởng đến sự đóng góp của nó. Đối với một số ống điện khổng lồ, bạn cần thận trọng khi xuất ra, bởi vì chúng không ổn định hơn, và đồng thời, một mức dự trữ nhất định sẽ giúp họ nỗ lực nhiều hơn "không bị bóp méo" năng lượng.

Hiện thực hóa tính ổn định của bộ khuếch đại công suất RF RF PA

Mọi bóng bán dẫn đều có khả năng không ổn định. Các mạch ổn định tốt có thể được hợp nhất với các bóng bán dẫn để tạo thành một "công việc liên tục" cách thức. Việc thực hiện các mạch ổn định có thể được chia thành hai loại: băng hẹp và băng rộng.
Mạch ổn định băng hẹp tiêu thụ một lượng khuếch đại nhất định. Mạch ổn định này được thực hiện bằng cách thêm các mạch tiêu thụ nhất định và mạch chọn lọc. Mạch này cho phép bóng bán dẫn chỉ đóng góp một dải tần số nhỏ. Một sự ổn định băng thông rộng khác là sự ra đời của phản hồi tiêu cực. Mạch này có thể hoạt động trên phạm vi rộng.
Nguồn gốc của sự bất ổn là phản hồi tích cực, và ý tưởng về độ ổn định băng tần hẹp là hạn chế một số phản hồi tích cực. Tất nhiên, điều này cũng ngăn cản sự đóng góp. Phản hồi tiêu cực, làm tốt, có nhiều lợi ích bổ sung đáng hài lòng. Ví dụ, phản hồi tiêu cực có thể ngăn không cho các bóng bán dẫn được khớp, không cần phải phù hợp để giao tiếp tốt với thế giới bên ngoài. Ngoài ra, việc đưa ra phản hồi tiêu cực sẽ cải thiện hiệu suất tuyến tính của bóng bán dẫn.

Công nghệ nâng cao hiệu suất của Bộ khuếch đại công suất RF RF PA

Hiệu suất của bóng bán dẫn có giới hạn lý thuyết. Giới hạn này thay đổi tùy theo việc lựa chọn điểm thiên vị (điểm vận hành tĩnh). Ngoài ra, nếu mạch ngoại vi không được thiết kế tốt, hiệu quả của nó sẽ giảm đi rất nhiều. Hiện tại, không có nhiều cách để các kỹ sư nâng cao hiệu quả. Ở đây chỉ có hai loại: công nghệ theo dõi phong bì và công nghệ Doherty.
Bản chất của công nghệ theo dõi đường bao là tách đầu vào thành hai loại: pha và đường bao, rồi khuếch đại chúng một cách riêng biệt bằng các mạch khuếch đại khác nhau. Bằng cách này, hai bộ khuếch đại có thể tập trung vào các bộ phận tương ứng của chúng, và sự hợp tác của hai bộ khuếch đại có thể đạt được mục tiêu sử dụng hiệu quả cao hơn.
Bản chất của công nghệ Doherty là: sử dụng hai bóng bán dẫn cùng loại, chỉ có một hoạt động khi đầu vào nhỏ, và hoạt động ở trạng thái hiệu suất cao. Nếu đầu vào tăng, cả hai bóng bán dẫn hoạt động đồng thời. Cơ sở để thực hiện phương pháp này là hai bóng bán dẫn phải hợp tác ngầm với nhau. Trạng thái làm việc của một bóng bán dẫn sẽ quyết định trực tiếp đến hiệu suất làm việc của bóng bán dẫn kia.

Thử nghiệm những thách thức đối với RF PA

Bộ khuếch đại công suất là thành phần rất quan trọng trong hệ thống thông tin không dây, nhưng chúng vốn đã phi tuyến tính, gây ra hiện tượng tăng quang phổ gây nhiễu các kênh lân cận, và có thể vi phạm các tiêu chuẩn phát thải ngoài băng tần bắt buộc theo luật định. Đặc tính này thậm chí có thể gây ra biến dạng trong dải tần, làm tăng tỷ lệ lỗi bit (BER) và làm giảm tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống thông tin liên lạc.
Dưới tỷ số công suất đỉnh/trung bình (PAPR), định dạng truyền OFDM mới sẽ có công suất đỉnh rời rạc hơn, làm cho PA khó được phân đoạn. Điều này làm giảm sự tuân thủ của mặt nạ quang phổ và tăng EVM và BER trên dạng sóng. Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư thiết kế thường cố tình giảm công suất hoạt động của PA. Không may, đây là một cách tiếp cận rất kém hiệu quả, vì PA giảm 10% sức mạnh hoạt động của nó và mất đi 90% nguồn DC của nó.
Hầu hết các PA RF ngày nay đều hỗ trợ nhiều chế độ, dải tần số, và chế độ điều chế, cung cấp nhiều mục thử nghiệm hơn. Hàng ngàn bài kiểm tra không phải là hiếm. Việc sử dụng các công nghệ mới như giảm hệ số đỉnh (CFR), sự biến dạng kỹ thuật số (DPD) và theo dõi phong bì (ET) có thể giúp tối ưu hóa hiệu suất PA và tiết kiệm năng lượng, nhưng những công nghệ này sẽ chỉ làm cho bài kiểm tra trở nên phức tạp hơn và kéo dài đáng kể thời gian kiểm tra. Thời gian thiết kế và thử nghiệm. Việc tăng băng thông của RF PA sẽ dẫn đến tăng băng thông cần thiết cho các phép đo DPD lên gấp 5 lần (có thể vượt quá 1 GHz), tăng thêm độ phức tạp của thử nghiệm.
Theo xu hướng, để tăng hiệu quả, Các thành phần RF PA và mô-đun giao diện người dùng (FEM) sẽ được tích hợp chặt chẽ hơn, và một FEM duy nhất sẽ hỗ trợ dải tần số và chế độ điều chế rộng hơn. Việc tích hợp bộ nguồn hoặc bộ điều biến ET vào FEM có thể giảm thiểu yêu cầu về không gian tổng thể bên trong thiết bị di động một cách hiệu quả. Việc tăng số lượng khe cắm bộ lọc/bộ song công để hỗ trợ dải tần hoạt động lớn hơn sẽ làm tăng độ phức tạp của thiết bị di động và số lượng mục kiểm tra.

Bộ khuếch đại công suất mô-đun RF điện thoại di động (PA) Tình hình thị trường

Lĩnh vực khuếch đại công suất điện thoại di động hiện nay là linh kiện chưa thể tích hợp được trên điện thoại di động. Hiệu suất điện thoại di động, dấu chân, chất lượng cuộc gọi, sức mạnh điện thoại di động, và tuổi thọ pin đều được xác định bởi bộ khuếch đại công suất.
Làm thế nào để tích hợp các bộ khuếch đại công suất ở các dải tần và tiêu chuẩn khác nhau này là một chủ đề quan trọng mà ngành đang nghiên cứu. Hiện tại, có hai giải pháp: một là kiến ​​trúc hợp nhất, tích hợp bộ khuếch đại công suất RF PA có tần số khác nhau; kiến trúc khác là sự tích hợp dọc theo chuỗi tín hiệu, đó là, PA và bộ song công được tích hợp. Cả hai phương án đều có ưu điểm và nhược điểm, và phù hợp với các điện thoại di động khác nhau. Kiến trúc hội tụ, tích hợp cao của PA, có lợi thế về kích thước rõ ràng hơn 3 dải tần, và lợi thế chi phí rõ ràng cho 5-7 dải tần. Nhược điểm là mặc dù PA được tích hợp, bộ song công vẫn còn khá phức tạp, và có tổn thất chuyển mạch khi PA được tích hợp, và hiệu suất sẽ bị ảnh hưởng. Đối với kiến ​​trúc sau, hiệu suất tốt hơn. Việc tích hợp bộ khuếch đại công suất và bộ song công có thể cải thiện các đặc tính hiện tại, có thể tiết kiệm hàng chục miliampe dòng điện, tương đương với việc kéo dài thời gian đàm thoại bằng cách 15%. vì thế, những người trong ngành cho rằng khi có nhiều hơn 6 dải tần (không bao gồm 2G, đề cập đến 3G và 4G), một kiến ​​trúc hội tụ được thông qua, và khi ít hơn 4 dải tần được sử dụng, PAD, một giải pháp tích hợp PA và bộ song công, được sử dụng.