模拟预失真芯片简化线性功放设计
为了兼顾线性和效率,3G通信系统的功放设计一般都采用了各种线性化技术来得到线性和效率平衡。前馈和数字预失真是线性功放设计中经常采用的两种方案,与前馈和数字预失真方案相比较,模拟预失真方案的技术难度低,体积小,成本低等优点非常明显。本文介绍了模拟预失真原理、模拟预失真芯片MAX2009和MAX2010,并提供了有益的参考设计经验。
移动通信系统的每一次更迭都带动了相关领域内的技术革命。与一、二代系统相比,3G系统有更大的容量、更好的通信质量、更高的频带利用率,这些特点使得它能为高速和低速移动用户提供话音、数据、会议电视及多媒体等多种业务。但这些出色的性能也对硬件电路系统提出了更高的要求,尤其是发射子系统的功放单元。由于CDMA的射频信号为非恒定包络,因此不同于恒定包络信号,射频功放不能被推到压缩状态,而必须采用功率回退的方法使功放工作于线性状态。回退越多,线性越好,但功放的效率也越低。为了兼顾线性和效率,3G功放的设计一般都采用了各种线性化技术来得到线性和效率平衡。
图1：功放的非线性对增益传输曲线造成的压缩
前馈和数字预失真是线性功放设计中经常采用的两种方案,经过多年的研究发展,这两个方案都能得到很好的线性改善,但其技术难度高,成本昂贵,需要许多外围元器件,功放的体积一般也很庞大。模拟预失真方案较前馈和数字预失真方案来说,虽然其线性改善程度无法达到相同的水平,但也有相当好的表现。而模拟预失真方案的技术难度低,体积小,成本低等优点是非常明显的。
图1描述了功放的非线性对增益传输曲线造成的压缩。模拟预失真则产生一个与之相反的失真来抵消功放的失真,如果两种失真的传输函数能够完全反向一致,则最后得到的是一个线性的幅度传输函数。对相位的处理也一样,模拟预失真产生一个与功放自身传输函数相反的传输函数,来抵消功放的相位失真,最后得到线性的相位传输函数。
需注意的是,随着功放输入功率的增加,相位的压缩一般都较幅度的压缩提前发生,这一点在模拟预失真功放设计时很重要。
MAX2009和MAX2010是美信公司推出的射频模拟预失真芯片。其中MAX2009工作于1,200MHz~2,500MHz频段,而MAX2010工作于400MHz～1,100MHz频段。
MAX2009和MAX2010芯片内包含了一个独立的增益调节通道和一个独立的相位调节通道。功放设计工程师可根据具体需要,仅采用其中的一个通道或两个通道级联使用。增益和相位通道都包含两个重要的调整参数break point和slope,分别用来调整增益和相位传输函数曲线的转折点和斜率。只需要利用电位器来改变相应管脚的偏置电压,即可实现对这两个参数的调节。
图2：MAX2009的典型应用电路
其中MAX2009的相位扩展可到24度,增益扩展可达到7dB;MAX2010的相位扩展可达21度,增益扩展可达6dB。这两款芯片的工作电压均为5V,都具有良好的带内增益、相位平坦度和群时延指标,同时其功耗仅为75毫瓦,体积仅为7.5*7.5毫米。
