Tecnología de sustrato IC - Optimizar el amplificador de potencia Doherty establecido a largo plazo

El amplificador de Potencia dolti (pa), inventado hace casi 100 años, se utiliza para mejorar la eficiencia energética de un gran número de radiotransmisores, y hay muchas maneras de fabricar este amplificador de potencia. Este artículo comienza con una visión general de la linealización y la mejora de la eficiencia, y destaca los desafíos relacionados y algunas de las muchas soluciones basadas en el contexto. Finalmente, se explicó un proceso de diseño alternativo a través de un análisis de casos y se discutió en profundidad el diseño y cómo lograr el mejor compromiso entre rendimiento y costo.

Los cuatro principales parámetros técnicos de rendimiento de la parte delantera de radiofrecuencia de transmisión de tecnología lineal son la eficiencia, la Potencia de salida, la linealización y el ancho de banda. Los últimos tres parámetros suelen depender de los requisitos del sistema, como los estándares de comunicación. El primer parámetro (es decir, la eficiencia energética) es el factor diferencial. Si todos los demás parámetros de rendimiento son los mismos, cuanto mayor sea la eficiencia frontal, mejor.

Los dispositivos utilizados en rffe tienen propiedades no lineales y no pueden usarse directamente como módulos ideales. A través de la tecnología de linealización, se puede mejorar la linealización de TX rffe. Esto suele aumentar el costo original del TX rffe y puede mejorar la eficiencia, la lineal y la Potencia de salida. Se han publicado muchos métodos de mejora lineal que se remontan al menos a las patentes de alimentación 1 y retroalimentación 2. Se puede considerar que la fecha de aplicación de la predistoración no lineal es similar a la fecha de invención de la tecnología de compresión y expansión 3. Estos procedimientos pueden clasificarse en función de su modo de trabajo (véase la figura 1 y el cuadro 1) 4. Uno de los criterios para distinguir la tecnología de linealización es si el esquema predice o extrae señales inútiles y corrige antes o después de la salida. La clasificación ayuda a comprender las características generales y determinar los mejores métodos de aplicación.

La retroalimentación es un ejemplo de un esquema de corrección posterior a la medición, la retroalimentación es un esquema de corrección previa a la medición y la predistoración es un esquema de corrección previa a la predicción. Las soluciones predictivas dependen de la generación de señales no deseadas, lo que puede ser muy problemático para la predistoración digital (dpd) en sistemas con bandas de frecuencia más amplias y menor potencia. Por otro lado, las soluciones predictivas no requieren distorsiones y pueden eliminarlas por completo.

Lo que falta en estos ejemplos es toda la categoría de tecnología de linealización que utiliza la corrección predictiva. En los últimos 100 años, se ha llevado a cabo una investigación y registro en profundidad de esta serie tecnológica. Los transmisores de salida 5, envolvente 6 y Doherty 7 y híbridos introducidos por Choi 8, Andersson 9 y Chung 10 son ejemplos de estas tecnologías, pero estas se utilizan principalmente para mejorar la eficiencia, no para linealizar. Desarrollo del mercado. Las formas más puras de los esquemas de envoltura y heterofase utilizan amplificación y suma de rutas, respectivamente, para construir señales a partir de componentes no lineales generados efectivamente. El amplificador dolti contiene una ruta de referencia conocida como "ruta principal" o "portadora" y una ruta de eficiencia conocida como "ruta pico" o segunda ruta. El análisis matemático más completo diseñado por Doherty va más allá del alcance de este artículo y está disponible en muchos archivos. Para más información, el lector puede referirse específicamente al artículo 11 de cripps.

La implementación de dolti puede considerar que el punto de partida más común y generalmente más rápido para el diseño del amplificador de dolti es la "implementación cero" (véase la figura 2), que incluye:

* Entrada fija de radiofrecuencia al distribuidor de potencia final.

* Los amplificadores principales y auxiliares tienen diferentes sesgos (por ejemplo, se utilizan las categorías AB y c).

* El sintético dolti está formado por una línea de transmisión de una cuarta parte de la longitud de onda.

* En la mayoría de las aplicaciones, esta arquitectura no proporcionará suficiente ganancia de Potencia (al menos no de una sola etapa final), y la cascada adicional de etapa de ganancia está por delante del distribuidor de potencia. Las deficiencias de esta forma más común de implementarlo incluyen:

* Después de que el diseño está congelado, no hay forma de compensar la ganancia y la fase en ningún dominio.

* Debido a la etapa de sesgo, hay una compensación entre la eficiencia y la Potencia de salida. En realidad es un sesgo de nivel C (un circuito analógico de circuito abierto) para completar esta tarea.

* La mejora de la eficiencia se limita a un nivel. El caso de una cascada de varios niveles limitará la mejora del rendimiento, especialmente cuando la ganancia se reducirá a una frecuencia más alta. Desde otro punto de vista, el motor dolti es una solución de anillo abierto con varios mecanismos funcionales importantes exportados desde el punto de sesgo del transistor. Una vez definidas otras variables (como el desplazamiento de fase, el diseño del convertidor, etc.), solo se proporcionan uno o dos puntos de operación en los que dependen varios ajustes clave.

Desafío

Una de las formas en que Doherty mejora la eficiencia es la modulación de carga. El motor impulsor detrás de esta modulación es la diferencia entre la corriente de salida de dos o más amplificadores al cosechador. Debido a que el motor solo puede ser similar a la operación dolti, el desafío para los diseñadores es acercar el motor a esta operación de la mejor manera posible, pero todavía con una relación calidad - precio adecuada. Los obstáculos potenciales para el rendimiento de Doherty incluyen: 1) la coincidencia de amplitud y fase de las señales que entran en el nodo de fusión, especialmente la sobrefrecuencia (véase la figura 3a). Desviarse de los valores ideales reducirá la eficiencia y la Potencia de salida. Estos últimos pueden ser más destructivos, ya que estos dispositivos están deliberadamente no aislados y la mejora de la eficiencia depende de la interacción que se logre a través de un sintético. 2) idealmente, la ruta auxiliar del motor Doherty presenta características de línea rota o palo de hockey (véase la figura 3b). El fracaso en alcanzar los valores ideales es a menudo la razón principal por la que no se alcanza el conocido punto de silla de montar de eficiencia. Debido a que esta característica tiende a cambiar de un valor ideal a una respuesta lineal, el comportamiento del amplificador dolti se volverá gradualmente similar al del amplificador de equilibrio ortogonal (aunque se utiliza un sintético sin aislamiento), especialmente su rendimiento de eficiencia. 3) el "sesgo diferencial" comúnmente utilizado en los amplificadores principales y auxiliares de las categorías AB y c obligará a reducir la Potencia de salida y la eficiencia de los dos amplificadores (véase la figura 3c). Como explica Cripps 11, la continuidad de los amplificadores cuasilineales de clase a A C (en teoría, estos dos niveles funcionarán a través de un voltaje sinusoidal en su fuente) cambiará las características máximas de salida y eficiencia correspondientes. Al mismo tiempo, si se utiliza el sesgo para generar un motor diferencial (como en la implementación tradicional de dolti), hay una compensación entre la Potencia de salida y la eficiencia. Al mismo tiempo, el sesgo diferencial aumentará el efecto dolti, pero reducirá el rendimiento alcanzable.

Desafíos de los amplificadores dolti: amplitud y coincidencia de fase del compositor (a), respuesta de corriente del amplificador auxiliar (b) y compensación de eficiencia de Potencia (c).

Los cambios y mejoras en los siguientes diseños básicos pueden ser más adecuados para algunas aplicaciones. En las implementaciones tradicionales, ofrece a los diseñadores opciones de rendimiento y flexibilidad.

* Hay varios niveles de ganancia en separadores y cosechadores dolti

* n Road dolti

* Separadores deliberadamente dispersos

* Separadores programables

* modulación sesgada

* modulación de potencia, es decir, añadir una tercera mejora de frecuencia a las dos técnicas de mejora de frecuencia utilizadas por Doherty

* formación de sobres

* dolti digital

Además de que los diseñadores pueden usar diferentes arquitecturas, también se pueden ajustar en tres puntos del ciclo de vida del producto. En la fase de diseño, se pueden modificar los parámetros de diseño y pasarlos como valores fijos al proceso de producción (por ejemplo, introduciendo los parámetros de diseño del ciclón). Durante la producción, los parámetros generalmente se pueden modificar o ajustar en función de los datos de medición, y luego se pueden congelar o fijar mediante programación. Un ejemplo es el voltaje nominal de sesgo utilizado para generar una corriente de sesgo objetivo en un dispositivo. Una vez desplegado el dispositivo en el lugar, los parámetros se pueden actualizar continuamente o en un momento específico de manera abierta o cerrada. Las soluciones de circuito abierto dependen de características completamente predecibles, mientras que las soluciones de circuito cerrado pueden requerir mediciones y controles incorporados. Un ejemplo es el circuito de compensación de temperatura. Estas opciones de ciclo de vida del producto ofrecen una variedad de soluciones que no son "óptimas". Los diseñadores saben que la capacidad de producción y suministro después del diseño es tan importante como los desafíos y compensaciones de diseño encontrados en la etapa de diseño.

Lo contrario de la implementación del nivel cero es el dolti digital (véase la figura 4). La arquitectura se caracteriza por realizar la separación de entrada en el dominio digital antes de la conversión digital - analógico. Al aplicar el procesamiento digital de señales a las señales aplicadas a las dos rutas del amplificador, se puede obtener un rendimiento incomparable de un conjunto de hardware de radiofrecuencia. En comparación con la implementación estándar doherty, la implementación digital puede aumentar la Potencia de salida en un 60%, la eficiencia en un 20% y el ancho de banda en un 50%, sin reducir la línea de precompensación predictiva 12.

Para optimizar el diseño de dolti, se recomienda crear un entorno de simulación estrechamente relacionado con el diseño para comprender las tendencias y la sensibilidad. A través de esta simulación, se puede cubrir rápidamente una gran parte del proceso de desarrollo. La entrada del primer paso puede incluir datos o modelos de tracción de carga del dispositivo, estudios teóricos del circuito combinado y respuestas de la red de emparejamiento, y tableros de evaluación que contengan datos de medición u otros datos empíricos. Sobre la base de este punto de partida, el proceso de diseño puede complementarse con el diseño asistido por medición (véase la figura 5). Para el dolti digital, el punto de partida de este método es el amplificador dolti, que contiene dos puertos de entrada, redes de coincidencia de entrada y salida, dispositivos activos, redes de sesgo y combinadores (véase la figura 6). Al medir el prototipo Doherty del dispositivo de doble entrada, se pueden comprender más profundamente las limitaciones de rendimiento esperadas, las compensaciones y la repetibilidad en el entorno de producción. Lo esencial para la configuración de la prueba son dos rutas de señal, cuyas señales pueden cambiar entre sí. Además de aplicar a estas señales compensaciones de amplitud y fase precisas, estables y repetibles, también es muy útil poder aplicar la cirugía plástica no lineal a al menos una ruta de señal.