Substrat IC - Optimumkan penyampai kuasa Doherty yang telah ditetapkan lama

Penampilan Kuasa Doherty (PA), dicipta hampir 100 tahun yang lalu, digunakan untuk meningkatkan efisiensi tenaga dalam sejumlah besar penghantar radio, dan ada banyak cara untuk membuat penyampilan kuasa seperti itu. Artikel ini terlebih dahulu menjelaskan linearisasi dan peningkatan efisiensi, dan menentukan cabaran berkaitan dan beberapa daripada banyak penyelesaian berdasarkan latar belakang. Akhirnya, kajian kes digunakan untuk memperlihatkan proses desain alternatif, dan diskusi dalam-dalam tentang desain dan bagaimana untuk mencapai kompromi terbaik antara prestasi dan kos.

Teknologi LinearisasiThe four main technical performance parameters in the transmit (Tx) radio frequency front end (RFFE) are efficiency, output power, linearity and bandwidth. Tiga parameter terakhir biasanya bergantung pada keperluan sistem, seperti standar komunikasi. Parameter pertama (ie efisiensi tenaga) adalah faktor yang membezakan. Jika semua parameter prestasi lain adalah sama, efisiensi bahagian depan yang lebih tinggi adalah lebih baik.

Peranti yang digunakan dalam RFFE mempunyai ciri-ciri bukan linear dan tidak dapat digunakan secara langsung sebagai modul ideal. Melalui teknologi linearisasi, linearisasi Tx RFFE boleh diperbaiki. Ini biasanya meningkatkan kos asal Tx RFFE, dan apa yang anda dapatkan ialah peningkatan efisiensi, lineariti, dan kuasa output. Banyak kaedah peningkatan lineariti telah diterbitkan, sekurang-kurangnya kembali kepada feedforward 1 dan feedback 2 paten. Ia boleh dianggap bahawa tarikh aplikasi predistosi bukan linear adalah sama dengan tarikh penemuan teknologi pemampatan dan pengembangan 3. Program ini boleh diklasifikasikan mengikut bagaimana ia berfungsi (lihat Gambar 1 dan Jadual 1)4. Salah satu kriteria yang membedakan teknologi linearisasi adalah: sama ada skema memprediksi atau mengekstrak isyarat yang tidak berguna, dan sama ada untuk melakukan perbaikan sebelum atau selepas output. Klasifikasi berguna untuk memahami ciri-ciri umum dan mengenalpasti kaedah aplikasi terbaik.

Latar depan ialah contoh skema penyesuaian selepas pengukuran, balas balik adalah skema penyesuaian pengukuran, dan predistorsi adalah skema penyesuaian prediktif. Solusi prediktif bergantung pada generasi isyarat yang tidak diinginkan, yang boleh menjadi sangat masalah untuk predistorsion digital (DPD) dalam sistem dengan band frekuensi yang lebih luas dan kuasa yang lebih rendah. Di sisi lain, penyelesaian ramalan tidak memerlukan kerosakan, dan mungkin menghapuskan kerosakan sepenuhnya.

Apa yang hilang dari contoh-contoh ini adalah seluruh kategori teknik linearisasi yang menggunakan pelajaran selepas penyesuaian. Dalam 100 tahun terakhir, orang telah melakukan penyelidikan dan rekod mendalam tentang serangkaian teknologi ini. Outphasing 5, Envelope 6, and Doherty 7 transmitters and hybrid transmitters introduced by Choi 8, Andersson 9 and Chung 10 are examples of these technologies, but these technologies are mainly used to improve efficiency rather than as linearization technologies. Pembangunan pasar. Bentuk paling murni sampul dan skema luar-fasa menggunakan amplifikasi dan sambungan laluan, berdasarkan, untuk membina isyarat mereka dari komponen bukan linear yang dijana secara efisien. Penampilkan Doherty mengandungi laluan rujukan yang dipanggil "laluan utama" atau "pembawa" dan laluan efisiensi yang dipanggil "laluan puncak" atau "laluan sekunder". Analisis matematik yang lebih meliputi bagi rancangan Doherty berada di luar skop artikel ini dan tersedia dalam banyak dokumen. Untuk maklumat terperinci, pembaca boleh rujuk secara khusus kepada artikel 11 Cripps.

Implementasi DOHERTYIt can be considered that the most common and usually the fastest starting point for Doherty amplifier design is the "zeroth embodiment" (see Figure 2), including:

* Input RF tetap ke pemisah kuasa akhir.

* Penampilkan utama dan penampilkan bantuan adalah biased berbeza (misalnya, menggunakan kelas AB dan kelas C).

* The Doherty synthesizer is formed by a quarter-wavelength transmission line.

* Dalam kebanyakan aplikasi, arkitektur ini tidak akan menyediakan gaji kuasa yang cukup (sekurang-kurangnya tidak dari satu tahap akhir), dan tahap gaji tambahan akan dikaskade di hadapan pemisah kuasa. Kegagalan pelaksanaan yang paling umum ini termasuk:

* Selepas desain dibekukan, tidak ada cara untuk membayar keuntungan dan fasa dalam mana-mana domain.

* Sebab tahap bias, terdapat perdagangan antara efisiensi dan kuasa output. Ia sebenarnya bias aras-C (sirkuit analog loop terbuka) untuk menyelesaikan tugas ini.

* Perbaikan efisiensi terbatas kepada tahap tunggal. Situasi kaskade berbilang-tahap akan membatasi penambahan prestasi, terutamanya keuntungan akan dikurangkan pada frekuensi yang lebih tinggi. Dari perspektif lain, enjin Doherty adalah penyelesaian loop terbuka dengan beberapa mekanisme fungsi penting yang berasal dari titik bias transistor. Apabila pembolehubah lain (seperti ofset fasa, desain pembahagi, dll.) ditakrif, hanya satu atau dua titik operasi yang mana pelbagai pelarasan kunci bergantung diberikan.

cabaran

Salah satu cara Doherty meningkatkan efisiensi adalah modulasi muatan. Enjin memandu di belakang modulasi ini adalah perbezaan antara arus output dari dua atau lebih amplifier ke dalam sintetizer. Kerana enjin hanya boleh mengharapkan operasi Doherty, cabaran bagi desainer adalah untuk membuat enjin mendekati operasi ini dengan cara terbaik yang mungkin, tetapi masih mempunyai nisbah harga/prestasi yang sesuai. Balasan potensi untuk prestasi Doherty termasuk: 1) Amplitude dan fasa yang sepadan isyarat memasuki nod gabungan, terutama frekuensi berlebihan (lihat Figur 3a). Perbezaan dari nilai ideal akan mengurangkan keefektivitas dan kuasa output. Yang terakhir mungkin lebih menghancurkan, kerana peranti secara sengaja tidak terpisah, dan peningkatan efisiensi bergantung pada interaksi yang dicapai melalui sintetizer. 2) Secara ideal, laluan bantuan enjin Doherty menunjukkan karakteristik polyline atau tongkat hoki (lihat Figur 3b). Gagal mencapai nilai ideal adalah sebab utama untuk tidak mencapai titik sedil efisiensi yang diketahui. Oleh kerana karakteristik ini cenderung untuk berubah dari nilai ideal kepada balas linear, perilaku penambah Doherty akan secara perlahan-lahan menjadi serupa dengan perilaku penambah yang seimbang kuadratur (walaupun dengan penyintesis tidak terpisah), terutama prestasi efisiensinya. 3) Kebiasaan "berbeza" yang biasanya digunakan bagi penyampai utama dan penyampai bantuan dalam Kelas AB dan Kelas C akan memaksa kuasa output dan efisiensi kedua-dua penyampai untuk menurun (lihat Figur 3c). Seperti yang dijelaskan oleh Cripps 11, kontinuiti kelas A kepada kuasi-linear amplifier kelas C (secara teori kedua-dua tahap ini akan bekerja melalui voltaj sinusoidal melalui sumber mereka) akan mengubah kuasa output maksimum yang sepadan dan ciri-ciri efisiensi. Pada masa yang sama, jika bias digunakan untuk menghasilkan enjin perbezaan (seperti dalam pelaksanaan tradisional Doherty), terdapat perdagangan antara kuasa output dan efisiensi. Pada masa yang sama, bias perbezaan akan meningkatkan kesan Doherty, tetapi akan mengurangkan prestasi yang boleh dicapai.

Tandakan Penampilkan Doherty: amplitud sintetiser dan pemadaman fasa (a), balasan semasa penampilkan bantuan (b), dan perdagangan efisiensi kuasa (c).

Variasi dan peningkatan Dalam pelaksanaan tradisional, ia menyediakan perancang dengan pilihan prestasi dan fleksibiliti.

* Terdapat tahap keuntungan berbilang dalam pemisah dan sintetizer Doherty

* N Road Doherty

* Pemisah terpancar secara sengaja

* Pemisah boleh diprogram

* Modulasi bias

* Modulasi kuasa, iaitu, menambah teknik peningkatan frekuensi ketiga ke dua teknik peningkatan frekuensi yang digunakan oleh Doherty

* Bentuk Sampul

* Digital Doherty

Selain arkitektur yang berbeza yang tersedia untuk desainer, penyesuaian juga boleh dilakukan pada tiga titik dalam bulan hidup produk. Dalam fasa desain, parameter desain boleh diubahsuai dan dihantar ke proses produksi sebagai nilai tetap (contohnya, parameter desain pemisah input). Dalam proses produksi, anda biasanya boleh ubahsuai atau mengubah parameter berdasarkan data diukur, dan kemudian membekukan atau betulkan parameter melalui program. Contoh ialah tekanan bias nominal yang digunakan untuk menghasilkan semasa bias sasaran dalam peranti. Selepas peralatan dipasang dalam medan, parameter boleh dikemaskini secara terus menerus atau pada masa tertentu dalam cara loop terbuka atau loop tertutup. Solusi loop terbuka bergantung pada ciri-ciri yang boleh dijangka sepenuhnya, sementara solusi loop tertutup mungkin memerlukan ukuran dan kawalan terbina. Contoh ialah sirkuit pembersihan suhu. Pilihan bulan hidup produk ini menyediakan penyelesaian berbilang yang tidak "terbaik". Para desainer tahu bahawa kemampuan produksi dan bekalan yang mengikut desain adalah sama penting seperti cabaran desain dan perdagangan yang ditemui semasa fase desain.

Berlawan dengan pelaksanaan aras-sifar adalah Doherty digital (lihat Figure 4). Ciri-ciri arkitektur ini adalah untuk melakukan pemisahan input dalam domain digital sebelum konversi digital-ke-analog. Dengan kemampuan untuk melaksanakan pemprosesan isyarat digital pada isyarat yang dilaksanakan pada dua laluan penyampai, prestasi yang tidak boleh ditetapkan boleh diperoleh dari set perkakasan RF. Berbanding dengan pelaksanaan Doherty piawai, kuasa output pelaksanaan digital boleh meningkat dengan 60%, efisiensi dengan 20%, dan lebar bandnya dengan 50%, tanpa mengurangkan linearitas prediksif sebelum penyesuaian12.

Proses Design Bantuan Keukuran Untuk optimize desain Doherty, disarankan untuk membina persekitaran simulasi yang berkaitan dengan desain untuk memahami trends dan sensitiviti. Dengan simulasi semacam ini, sebahagian besar proses pembangunan boleh ditutup dengan cepat. Input langkah pertama boleh termasuk data muatan tarik atau model peranti, kajian teori sirkuit kombinasi dan balasan rangkaian yang sepadan, dan papan penilaian yang mengandungi data pengukuran atau data empirik lain. Berdasarkan titik permulaan ini, proses rancangan boleh ditambah dengan rancangan yang membantu pengukuran (lihat Figur 5).Untuk Doherty digital, titik permulaan pendekatan ini ialah penambah Doherty yang mengandungi dua port input, rangkaian input dan output yang sepadan, peranti aktif, rangkaian bias, dan kombinasi (lihat Figur 6). Dengan mengukur prototip Doherty peranti input dua, ia mungkin untuk mendapatkan pemahaman lebih dalam terhadap keterangan prestasi, perdagangan, dan kebolehan yang dijangka dalam persekitaran produksi. Keutamaan untuk konfigurasi ujian adalah dua laluan isyarat, yang isyarat mungkin berubah satu sama lain. Selain melaksanakan amplitud yang tepat, stabil dan boleh diulang dan ofset fasa pada isyarat ini, ia juga sangat berguna untuk dapat melaksanakan bentuk bukan linear pada sekurang-kurangnya satu laluan isyarat.