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針對包絡跟蹤放大器完整的測試方案

2020年04月06日 14:40 ? 次閱讀

本文介紹了羅德與施瓦茨公司針對包絡跟蹤放大器完整的測試方案,最新的矢量信號源SMW200A是業界第一臺同時支持射頻信號和包絡信號輸出的測試儀表,大大提高了測試效率,減輕了測試復雜度。同時,其分析軟件基于矢量信號分析儀FSW可以測量包絡跟蹤放大器測試所需的所有指標,包括功放效率、射頻指標等。

移動通信技術從2G時代的GSM/EDGE發展到3G時代的WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000,再到目前的研究熱點LTE/LTE-A,高階調制、多載波等新技術的應用,使得網絡所支持的數據速率越來越高,與此同時信號的峰均比(PAR)也越來越大。而傳統的固定電源功率放大器在高峰均比、高功率情況下,工作效率很低,從而導致很大一部分能量浪費了,尤其是對于終端的電池壽命影響很大。

與傳統的固定電源功放相比,包絡跟蹤放大器可以與射頻信號的包絡同步地改變放大器電源電壓,從而提高包絡跟蹤功放的效率。所以,更多的功放廠商開始支持包絡跟蹤技術,來減少功率消耗,比如應用在智能手機上的功放。

典型的功放測試系統由一臺信號源和一臺頻譜分析儀組成,不過對于包絡跟蹤放大器測試,需要一臺額外的信號源提供包絡信號給放大器的直流調制器。羅德與施瓦茨公司的矢量信號源SMW200A,一臺儀表就可以同時提供射頻信號和包絡信號給包絡跟蹤放大器,同時配合矢量信號分析儀FSW就可以對包絡跟蹤放大器的功放效率、鄰帶泄露特性、調制特性等指標進行分析測量,如果加裝相應的數字預失真選件,該套測試環境還可以對放大器進行相應的預失真測試。

包絡跟蹤技術基礎

現 代通信系統中的數字調制信號比如LTE/LTE-A 都有很高的峰均比,至少會有幾個dB。也就是說LTE的瞬時信號功率隨著時間的變化會有很大的變化,為了防止功放工作在飽和區域,所以需要給傳統的功放提 供一個很高的直流電壓。這樣,當功放工作在低輸出功率時,會造成很多能量以散熱的方式浪費了。

包絡跟蹤技術的應用,有效地克服了這個問題。理想的包絡跟蹤技術可以根據射頻信號的包絡,動態的調節給功放的供電電壓,從而使得功放的效率大大提高。以移動終端為例,應用了包絡跟蹤技術的功放,可以使得電池的壽命大大延長。

圖1給出了傳統功放與包絡跟蹤放大器的基本原理差別。

傳統功率放大器和包絡跟蹤放大器基本原理圖

圖1:傳統功率放大器和包絡跟蹤放大器基本原理圖。

從圖1可以看出,對于傳統的功率放大器直接把基帶的IQ數據上變頻之后,以射頻形式提供給功放,同時功放需要一個恒定的直流電壓供電。但是,對于包絡跟蹤放大器,除了提供射頻信號之外,還需要把相應基帶信號的包絡下列公式提供給直流調制器,以便提供可變的直流電壓給功放。

為了使直流調制器更有效地工作,需要把直接的包絡信息A經過一定的賦形處理,比如線性、查找表、多項式、Detroughing等。同時,為了使功放能夠正 常有效地工作,到達功放的射頻信號和調制直流電壓需要嚴格的時間對齊,如果兩者的時間存在一定的誤差,就會導致功放輸出信號的調制質量變差。

包絡跟蹤測試方案

羅德與施瓦茨公司針對包絡跟蹤放大器提 供了完整的測試方案,矢量信號源SMW200A可以提供測試所需的射頻信號和包絡信號,矢量信號分析儀FSW可以對放大器輸出的射頻信號以及直流調制器輸 出的電壓和電流進行測量,同時SMW200A和FSW可以由運行在PC機上的測試軟件FS-K180PC進行控制,自動完成包絡跟蹤的測試。

SMW200A 可以實時產生各種通信制式的標準信號,也可以加載客戶自定義的ARB文件。同時,SMW200A的IQ Analog模塊可以輸出相應的包絡信號,并且可以適配直流調制器的電壓范圍、偏壓、增益、阻抗等特征參數。在包絡跟蹤測試過程中,還需要對包絡信號進行 賦形,SMW200A支持線性、查找表、多項式和Detroughing等賦形方式;射頻信號和調制電壓是否同步,對包絡跟蹤的效果至關重 要,SMW200A支持包絡信號和射頻信號之間可調整的時延范圍是,可以輕松滿足同步的需要。

FSW具有良好的射頻指標,可以對放大器的頻域特性進行測試,同時可以分析各種通信標準信號的調制質量(EVM、頻譜誤差等),如果加裝模擬IQ輸入選件,還可以對直流調制器輸出電壓和電流進行測試。

FS- K180PC軟件可以通過網絡接口控制SMW200A和FSW,來完成包絡跟蹤和數字預失真的自動測試。該軟件可以測試常規的頻域信息,比如PA輸出信號 的功率、ACLR等;測試信號的調制質量,比如EVM、IQ Offset、IQ Imblance等;測試包絡信號和射頻信號的時域關系;同時還可以測試放大器的AM-AM,AM-PM特性,并且可以通過軟件中的“Update DPD on SMW”功能實時對SMW200A中的信號進行數字預失真補償,使PA工作在線性區域。

本文使用羅德與施瓦茨公司的測試設備和軟件,對實際的包絡跟蹤放大器進行測試,現場測試連接如圖2所示:

包絡跟蹤放大器測試連接圖

圖2:包絡跟蹤放大器測試連接圖。

測試結果及說明

包絡跟蹤技術可以使工作在高功率輸出狀態下的放大器減 少功率損耗,提高功放效率。以該測試為例,當我們使用上行10MHz 帶寬的FDD LTE信號作為放大器的輸入,其輸出平均功率約為25dBm,此時與傳統的恒定電壓供電放大器相比,使用包絡跟蹤技術可以使其功放效率提高20%左右。同時,FS-K180PC軟件還可以對放大器的EVM、ACLR等射頻指標進行測試,也可以測試出進放大器射頻信號與包絡電壓之間的時域關系,具體結果如圖3所示。

包絡跟蹤放大器測試結果

圖3:包絡跟蹤放大器測試結果。

從測試結果圖中可以看出,FS-K180PC軟件同時可以對放大器的預失真效果進行測試和補償,FSW測試出放大器的AM-AM、AM-PM特征,會自動生 成相應的查找表,SMW200A支持實時的修改數字預失真查找表,無需重新生成信號即可實現數字預失真功能,通過激活該功能可以使放大器的線性截止點提高3個dB左右。

小結

本文介紹了羅德與施瓦茨公司針對包絡跟蹤放大器完整的測試方案,最新的矢量信號源SMW200A是業界第一臺同時支持射頻信號和包絡信號輸出的測試儀表,大大提高了測試效率,減輕了測試復雜度。同時,其分析軟件基于矢量信號分析儀FSW可以測量包絡跟蹤放大器測試所需的所有指標,包括功放效率、射頻指標等。

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大家有用過中波(0.3M~3MHz)的小功放(10W左右)的芯片嗎? 最近想DIY做一個中波的小功放,功率10W左右即可...
發表于 2020-01-20 20:15? 811次閱讀
大家有用過中波(0.3M~3MHz)的小功放(10W左右)的芯片嗎?

具有極高效率的射頻功率放大器方案

乍一看,線性穩壓器似乎是射頻功率放大器的完美解決方案,因為它們產生的噪聲非常小,并且沒有高頻開關。因此,不會產...
發表于 2020-01-11 07:30? 876次閱讀
具有極高效率的射頻功率放大器方案

csr3021做單聲道音箱遇到的一些問題

高通csr3021芯片接單聲道功放技巧,選用的功放,最后總是失真大,選那些單聲道功放效果和性價比好?...
發表于 2020-01-04 16:12? 651次閱讀
csr3021做單聲道音箱遇到的一些問題
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