RF預失真修正信號
現在的預失真算法已足夠完備,甚至可以消除熱效應帶來的失真。高低溫對功率晶體管造成的失真是不同的。可以開發出一種算法,預測輸出晶體管的功耗。從這個預測中,可以推斷出晶體管的溫度,然后對輸入作適當調節,從而使輸出保持為線性。這個算法必須考慮到所用散熱器以及周圍環境的熱時間常數。
數字預失真還是模擬預失真?
過去幾年來,手機基站制造商已接受了用數字預失真做放大器線性化的方法(圖5與參考文獻5)。此時,要用一個單向耦合器對RF輸出做采樣。可以用一個混頻器,將千兆赫水平的信號下變頻到一個較低頻率。然后就可以用一個快速ADC對波形采樣。這些采樣被送至一片運行預失真算法的FPGA,用于修正輸入波形,還給出一個數字的數據流。然后,FPGA輸出RF基帶信號或I(索引)和Q(正交)信號,再上變頻至手機所在頻段的RF載波效率。

建立這一系統的方法有多種(參考文獻6)。通過采用獨立的ADC和下變頻芯片,可以針對需求優化自己的系統,并使用可以從很多供應商獲得的標準化部件。例如,Hittite、Analog Devices、德州儀器公司、凌力爾特公司以及Intersil公司(參考文獻7)都制造可用于分立數字預失真電路的硅芯片。

很多工程師都熟悉Altera公司的FPGA在數字領域的使用。該公司的MegaCore IP(智能產權)可完成預失真的數字部分運算(參考文獻8)。Analog Devices公司與Altera公司合作,提供一種混合信號的數字預失真系統板,而德州儀器公司提供GC5325這類發射處理器器件,以降低信號波峰系數,以及抵消功放的失真(圖6)。Xilinx公司為自己的Virtex-4和Virtex-5 FPGA提供一個數字預失真的參考設計。由于手機基站承載了較多的RF通道,空間就成為了一個問題。凌力爾特公司等的解決方法是將整個數字預失真電路集成為LTM9003微模塊(圖7)。

盡管手機基站制造商接受數字系統,但供應商們在采樣數據系統中做的主要是模擬電路,這帶來了成本、功耗和空間不利因素。替代方法是用模擬技術實現RF放大器的線性。例如,新興公司Scintera Networks將目標瞄準了5W區間的小功率RF系統,還有UHF(超高頻)電視發射站的信號路徑(圖8)。這種方法會采樣驅動級的RF信號,使RF信號保持在模擬域中,但通過采用一種波形的Volterra Series擴展,對其作因數修正。Volterra Series是一種非線性性能的模型,類似于Taylor Series,不過Volterra Series可以表達記憶效應。Scintera公司的方案會對RF輸出作采樣和數字化,采樣結果被送入該公司芯片中的數字電路。該設計用數字段計算出RF信號鏈的模擬因數,然后用另一個單向耦合器,將經Volterra因數修正的RF信號混合回到RF路徑中。系統只需要在芯片中處理足夠的RF,就能校正放大器的失真。大多數RF功率都在主RF路徑內,而繞過了IC。Scintera公司將RF保持在模擬域,提供了一個功耗遠低于數字預失真方式的系統(圖9)。

要注意,數字預失真系統的設計與測試都不是簡單的任務。你需要完備的RF設計工具,如AWR公司的Microwave Office以及Agilent公司的ADS(參考文獻9)。除了用先進的測試設備確定RF路徑的特性以外,可能還需要購買和學習專用的測試設備,如一臺實時頻譜分析儀(參考文獻10)。

無論是采用模擬預失真還是數字預失真,都可以減少RF設計中的干擾,并使用先進的調制方法。最重要的是,預失真可以將RF放大器驅動至接近飽和狀態,從而提高了功率效率。你可以用分立芯片自己搭建系統,
也可以使用封裝內已集成所有功率的微模塊。在ADC以及下變頻IC中實現所需線性是半導體公司的一項成就。這些公司都有自己的應用專家,可以幫助你設計出RF信號路徑,滿足所有的規范要求、減少功耗,并提供每兆赫茲最大位數。
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