資料介紹
隨著無線通信的帶寬、用戶數(shù)目以及地理覆蓋范圍擴展,基地臺收發(fā)器的功率放大器(PA) 部份對于更高效率的需求也不斷成長。無線功率放大器所消耗的功率超過了基地臺運作所需功率的一半。透過提高效率來減少功耗具有多項優(yōu)勢,首先,最明顯的好 處是降低運營成本;同時,更少的熱意味著更低的設備冷卻需求以及更高的可靠性。如果能夠減少對于溫度升高問題的關注度,那么無線業(yè)者在因應4G和下一代技 術帶來無線資料用量大幅增加而定位建設新基地臺時,會有更大的彈性。
更高的效率需要4G無線訊號擁有更寬的頻帶和高線性度。為了解決這個問題,最近新創(chuàng)企業(yè)Eta Devices正為一項在麻省理工學院(MIT)開發(fā)的技術進行商業(yè)化開發(fā)——‘非對稱多級移相’(asymmetric multilevel outphasing;AMO)技術。AMO技術結合了移相技術的高線性度以及高效率、多層級、獨立開關的漏極偏置電壓。獨立開關漏極偏置電壓是支持寬帶寬、同時保持高效率的關鍵所在,也是這項技術超越傳統(tǒng)封包追蹤技術的最大優(yōu)勢。圖1顯示AMO技術如何實現(xiàn)效率提升,超越單獨的移相技術。
![GaN組件和AMO技術實現(xiàn)更高效率與寬帶](/uploads/allimg/171117/2755807-1G11G6254U01.png)
圖1:具有四種不同振幅級的AMO調(diào)變技術效率理論值,以及雙級AMO和單級移相(或稱LINC——具非線性成份的線性放大)。
在任何移相系統(tǒng)中,最大化的效率可經(jīng)由單一功率放大器的性能而取得。在高功率放大器設計中,Eta Devices公司使用實際峰值漏極效率超過80%的GaN HEMT組件,因為它具有相比現(xiàn)有硅晶組件更好的性能——硅晶組件在相同條件下的峰值漏極效率僅勉強超過70%。
配合高性能 RF放大器,電源開關系統(tǒng)必須針對具有最小瞬變的低損耗開關而優(yōu)化,系統(tǒng)的時序是非常重要的,它需要管理每個訊號和控制路徑中的延遲。一旦正確地進行同 步,Eta Devices的專有數(shù)字預失真(DPD)技術就成為實現(xiàn)4G系統(tǒng)相鄰信道功率比(ACPR)規(guī)范的關鍵。這種架構已經(jīng)建置于多種功率級和應用中,包括用 于手機和WLAN傳送器的1W PA到用于基地臺的100W PA,并使用多種半導體材料如GaN、GaA和硅晶材料。
AMO與ET技術比較
目前有兩種透過非線性功率放大器實現(xiàn)線性放大功能的常用方法——移相(outphasing)和封包追蹤(ET)。移相法使用兩種作業(yè)于?定振幅的相位調(diào)變 放大器,其輸入訊號可轉換為合適的相位并送至放大器,而其輸出訊號則經(jīng)由組合使訊號中相位成份的增強與刪除能夠準確復制輸入訊號。實際上,移相法需要功率 組合器為每個PA提供一致的負載,在放大器之間實現(xiàn)隔離,并提供高功率處理能力。這些特性可能難以實現(xiàn),特別是在寬帶帶上。移相法的另一個限制是具有高峰 值平均功率比(peak-to-average power ratio;低平均功率輸出)的訊號導致效率降低,因為電阻負載耗用許多放大器功率。
ET 法則將RF訊號分成單獨的相位角和振幅成分。PA在飽和模式下作業(yè),通常是開關模式之一,例如Class E。相位調(diào)變應用于RF驅動,而為PA供電的DC電源則經(jīng)由振幅封包進行調(diào)變,因而使相位和振幅同時在輸出端還原。盡管ET非常普及,但仍然受到4G和 WLAN標準帶寬持續(xù)增加需求的挑戰(zhàn)。對于ET來說,問題的關鍵在于電源調(diào)變器,必須在許多不同的性能方面有所提升。它必須能處理大量功率且極具高效率、 高線性度、高分辨率,以及幾乎不為系統(tǒng)帶來任何噪聲,而且支持寬帶調(diào)變。現(xiàn)代的無線標準必須不斷地增加帶寬而不折衷任何性能,使得只采用ET技術的方案前 景受到質(zhì)疑。
AMO由于結合了移相和ET技術中提升性能時最需要的特性,因而能夠用于解決移相和封包追蹤案的設計挑戰(zhàn)。圖2 顯示AMO的方塊圖,其中圖2a是基本功能,圖2b則描述典型的建置方案。它首先從訊號處理開始,即為具有多級電源調(diào)變器的PA提供相位調(diào)變訊號。其輸出 結合高線性度的放大訊號,從而維持非線性PA的高效率。
更高的效率需要4G無線訊號擁有更寬的頻帶和高線性度。為了解決這個問題,最近新創(chuàng)企業(yè)Eta Devices正為一項在麻省理工學院(MIT)開發(fā)的技術進行商業(yè)化開發(fā)——‘非對稱多級移相’(asymmetric multilevel outphasing;AMO)技術。AMO技術結合了移相技術的高線性度以及高效率、多層級、獨立開關的漏極偏置電壓。獨立開關漏極偏置電壓是支持寬帶寬、同時保持高效率的關鍵所在,也是這項技術超越傳統(tǒng)封包追蹤技術的最大優(yōu)勢。圖1顯示AMO技術如何實現(xiàn)效率提升,超越單獨的移相技術。
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圖1:具有四種不同振幅級的AMO調(diào)變技術效率理論值,以及雙級AMO和單級移相(或稱LINC——具非線性成份的線性放大)。
在任何移相系統(tǒng)中,最大化的效率可經(jīng)由單一功率放大器的性能而取得。在高功率放大器設計中,Eta Devices公司使用實際峰值漏極效率超過80%的GaN HEMT組件,因為它具有相比現(xiàn)有硅晶組件更好的性能——硅晶組件在相同條件下的峰值漏極效率僅勉強超過70%。
配合高性能 RF放大器,電源開關系統(tǒng)必須針對具有最小瞬變的低損耗開關而優(yōu)化,系統(tǒng)的時序是非常重要的,它需要管理每個訊號和控制路徑中的延遲。一旦正確地進行同 步,Eta Devices的專有數(shù)字預失真(DPD)技術就成為實現(xiàn)4G系統(tǒng)相鄰信道功率比(ACPR)規(guī)范的關鍵。這種架構已經(jīng)建置于多種功率級和應用中,包括用 于手機和WLAN傳送器的1W PA到用于基地臺的100W PA,并使用多種半導體材料如GaN、GaA和硅晶材料。
AMO與ET技術比較
目前有兩種透過非線性功率放大器實現(xiàn)線性放大功能的常用方法——移相(outphasing)和封包追蹤(ET)。移相法使用兩種作業(yè)于?定振幅的相位調(diào)變 放大器,其輸入訊號可轉換為合適的相位并送至放大器,而其輸出訊號則經(jīng)由組合使訊號中相位成份的增強與刪除能夠準確復制輸入訊號。實際上,移相法需要功率 組合器為每個PA提供一致的負載,在放大器之間實現(xiàn)隔離,并提供高功率處理能力。這些特性可能難以實現(xiàn),特別是在寬帶帶上。移相法的另一個限制是具有高峰 值平均功率比(peak-to-average power ratio;低平均功率輸出)的訊號導致效率降低,因為電阻負載耗用許多放大器功率。
ET 法則將RF訊號分成單獨的相位角和振幅成分。PA在飽和模式下作業(yè),通常是開關模式之一,例如Class E。相位調(diào)變應用于RF驅動,而為PA供電的DC電源則經(jīng)由振幅封包進行調(diào)變,因而使相位和振幅同時在輸出端還原。盡管ET非常普及,但仍然受到4G和 WLAN標準帶寬持續(xù)增加需求的挑戰(zhàn)。對于ET來說,問題的關鍵在于電源調(diào)變器,必須在許多不同的性能方面有所提升。它必須能處理大量功率且極具高效率、 高線性度、高分辨率,以及幾乎不為系統(tǒng)帶來任何噪聲,而且支持寬帶調(diào)變。現(xiàn)代的無線標準必須不斷地增加帶寬而不折衷任何性能,使得只采用ET技術的方案前 景受到質(zhì)疑。
AMO由于結合了移相和ET技術中提升性能時最需要的特性,因而能夠用于解決移相和封包追蹤案的設計挑戰(zhàn)。圖2 顯示AMO的方塊圖,其中圖2a是基本功能,圖2b則描述典型的建置方案。它首先從訊號處理開始,即為具有多級電源調(diào)變器的PA提供相位調(diào)變訊號。其輸出 結合高線性度的放大訊號,從而維持非線性PA的高效率。
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