单片射频控制器促进Doherty放大器在更多射频应用中的使用教程.doc
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1、单片射频控制器促进Doherty放大器在更多射频应用中的使用教程发明可以开启未曾预料的机会大门。1947年,三位ATT公司的研究人员开发出了晶体管,作为经常有问题、可靠性不高的真空管的替代品。他 们不知道他们的工作无意中形成了现代电子的基础,并最终促进了集成电路的发展。与晶体管一样,互联网当初是为特定应用开发的,然后逐步演进。互联网是在冷 战时期创建的,主要目的是在无线电和电话发生故障时用作点到点网络通信的一个手段。时至今日,我们已经无法想像没有互联网的世界会是怎样一番景象。1936年,贝尔电话技术公司的William H.Doherty发表了一篇题为用于调制波的新型高效功放的论文。这篇论文详
2、细介绍了可以提高射频功放效率的一种解决方案即现在大家都知道的Doherty功率放大器。虽然Doherty放大器创建之初是用于宽带无线电发射机的,但就像许多伟大的发明一样,在预料之外的舞台上也大放异彩。Doherty 肯定从未预料到,随着WCDMA和LTE网络的兴起,他的放大器能够这么快地得到普及。在过去几年中,Doherty放大器很明显主导了无线基础设施设备 市场,这得归功于这种放大器的架构能够适应很高的峰均比(PAR)。随着无线领域中幅度调制的采用以及全球LTE的普及,峰均比可达9dB左右。 Doherty结构使用负载调制技术,可以在回退条件下取得很高的效率。回退效率是放大LTE信号的功放模
3、块总体系统效率高的关键。大多数无线基站实现 Doherty架构的目的就是提高功放效率,特别是在采用幅度调制的时候。虽然如今Doherty功放在无线基础设施市场得到了广泛应用,但其它市场和应用一直在避免使用Doherty结构。这主要是因为Doherty放大器优化比较困难。了解到Doherty优化方面的挑战,Peregrine半导体公司开发了一种解决方案种单片射频控制器,它能通过数字接口实现相位和幅度的校准。这种单片射频控制器称为UltraCMOS MPAC(单片相位与幅度控制器),可以降低Doherty放大器优化的难度,使其更加简单和容易使用。MPAC(图1)使得Doherty放大器可以扩展应用
4、到无线基础设施市场之外,进入更多的射频应用领域。图1:UltraCMOS MPAC(单片相位与幅度控制器)可以通过数字接口完成Doherty放大器的载波和峰值路径之间的相位与幅度校准。Doherty放大器结构在详细了解Doherty优化挑战和Peregrine公司的MPAC产品之 前,让我们先看看Doherty放大器巧妙的设计。它采用了一种由两个放大器组成的双路径架构,即一个载波放大器,一个峰值放大器,如图2所示。 Doherty的两个放大器路径可以实现比传统架构更高的效率增益。载波放大器是专门为载波信号设计的AB类放大器。峰值放大器是专门针对信号中的高峰值 优化了的C类放大器。信号从主射频输
5、入端进入,接着分成0度和90度相位,经过放大器内的载波和峰值路径后,最后再组合起来形成输出信号。本质上是通过管 理相位和幅度实现了更高的效率。图2:Doherty功放采用了由一个AB类载波放大器和一个C类峰值放大器组成的双路径架构。这种架构有一个输出组合网络,允许载波放大器看到更高的阻抗,从而在回退条件下可以经历更高的电压摆幅。通过在这些条件下向载波放大器显示更高的阻抗,载波 放大器可以使用可用的电压余量,工作时可更接近饱和。Doherty放大器还能在回退条件下保持C类峰值放大器处于关断状态。随着功率开始向峰值功率转 变,峰值放大器开始导通,输出Doherty网络开始经历负载调制。载波放大器随
6、即见到比在后退状态下呈现的高阻抗更低的阻抗。在 Doherty结构中,有多个元件使得放大器同时具有频率和制造敏感特性。输出负载匹配变压器是一个四分之一波传输线段,具有35的特征阻抗。载波放大 器和峰值放大器之间的阻抗反转器是另一个四分之一波传输线段,具有50的特征阻抗。这些变压器都对频率敏感,并与峰值和载波放大器的输出匹配网络连接在 一起。另外,用于优化每个放大器输出端阻抗的偏置线也具有频率敏感特性。当Doherty是针对比如9dB的高峰均比值设计时,一般使用不对称的结构。在这种结构中,峰值放大器比载波放大器更大。为了实现最优化的非对称性Doherty实现,输入驱动强度的控制和相位平衡变得尤其
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