DXY鼎芯无限3G WCDMA直放站50W PA方案实现

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DXY鼎芯无限3G WCDMA直放站50W PA方案实现

提高功放效率的必然性
随着3G技术的发展，系统容量不断的提升，对系统的线性要求越来越高。功放作为通信系统的主要非线性单元，其性能的提升在整个系统中的作用至关重要。传统的功率回退技术很难实现50W的大功率输出，邻信道功率比很难满足要求，而且功耗特别高，不符合现在节能环保的绿色要求。
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9 s; V" R6 h/ i+ F为什么选择模拟预失真
为了解决非线性失真，目前已商用的线性化技术有前馈、DPD和模拟预失真。其中前馈技术主要的缺点是误差环路不能同时放大有用信号，导致效率非常低；而DPD技术主要的特点是通过处理基带信号达到预失真的效果，因此需要将射频信号先转化成基带信号，处理完成后再还原成射频信号与PA的输出信号进行合成，完成信号的校正，其最大的缺点是系统复杂、难以调试，有效带宽受限。
! c7 |; @0 v5 I8 t) U7 R鉴于前馈和DPD技术存在的弊端，DXY鼎芯作为一家技术型服务商，推出了性价比很高，特别适合直放站客户采用的模拟预失真芯片方案。与以上两种线性化手段相比较，高集成度的模拟预失真系统，电路结构简单，容易调试，效率也可满足需求，已成为现在比较受欢迎的线性化方法。
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方案实现介绍
此方案中的预推动采用NXP BGA6589，BGA7027，推动级采用NXP BLM6G22-30G，末级采用NXP BLF7G22LS-200与Scintera公司内部集成的新型预失真芯片SC1887，，最终完成WCDMA 50W 功率输出，为直放站客户提供了一种针对40W整机的高效、节能的解决方案。
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图1  RF原理框图

拓扑和器件选择带来的挑战
0 a! l- _" g/ `6 z' s0 z8 L, f模拟预失真最重要的就是选择合适的非线性器件，其特性要和LDMOS非常接近才能模拟出PA的非线性特性，最终达到预失真的效果。而这样的器件选择需要大量的实验数据和验证，给前期研发带来很大的麻烦。简单的拓扑能够增强系统的稳定性和可靠性。

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1. 预失真的选择

与传统的模拟预失真电路相比较，SC1887大大简化了预失真电路的结构，减少了外围元器件的应用，使得整个电路更加紧凑、更易小型化。同时进一步提升了系统可靠性。实现原理如图2所示。
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图2  SC1887预失真实现框图

该电路采用了闭环结构，对消效果比传统的开环结构更优异。该芯片通过调节RFIN、RFOUT和FFFB三个端口与各个巴伦之间的匹配，可以在600MHz到2.8GHz的带宽内正常工作。

2. 放大管的选择
在众多的功率放大管生产商中，NXP无疑是其中的佼佼者，相比于业内其他厂家的产品，NXP的LDMOS 效率高、增益高，在高效率、大功率功放应用方面有着不可替代的优势，成为了功放设计者的最佳选择。


其中BLF7G22LS-200单管增益可达18.5dB，做成doherty后增益也有16.5-17.3dB，末级6dB回退效率在42%以上，P1dB可达56dBm。BLM6G22-30G是塑封的集成二级IC管，增益高达29dB，效率高，可采用表面贴装的安装方式，便捷，一致性好，是做大功率推动级的首选方案，BGA7027则有着高达42dBm的OIP3，而BGA6589输入输出阻抗均为50Ω,实现了内匹配宽带管，无需外部匹配电路，极大的简化了电路设计。

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$ g! d* d1 t  R- n( f0 o, x测试结果
: d0 |1 W. j3 z1 n9 w: @2 x测试结果如下表1所示。从测试数据可以看出，在Pout=47dBm的时候，对消后的ACPR在-55dBc以上，可以满足3GPP频谱发射模板。效率可以做到26%，实现了回退功放基本不可能实现的输出功率，显著减少了能耗，超出运营商的招标要求，符合当今国家节能环保的发展需求。
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表1 WCDMA 3载波测试数据

Freq/MHz	Pout/dBm	ACPR 5M/dBc	Id/A	PAE/%
2110	47.1	-55.8/-55.7	6.81	26.2
2140	47.2	-56.2/-56.1	6.73	27.8
2170	47	-55.2/-55.3	6.75	26.4

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图3  方案测试平台

方案总结
通过整个方案所选用的器件以及测试结果可以看出，该方案具备以下几大优势：
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1. 高功率：采用传统的回退方式，基本不可能实现这么大的功率输出，该方案在传统方式上有质的突破；
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- S" ~2 v& a( D* \6 t, F* X2. 低成本：该方案采用集成模拟预失真+PA的方式实现大功率输出，比采用数字预失真+PA的方式出显著的节约了成本；

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3. 高效率：该方案末级双管采用了doherty的电路结构，极大的提高漏极效率，较平衡双管效率提高在15%以上；
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4. 结构简单，易于集成：采用了集成模拟预失真芯片，能够很好的跟PA集成在一个模块里面，在紧凑的体积里面，实现大功率输出的功能。



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