EDGE/GSM四種手機發送電路的架構詳解

為滿足成本、功耗和制造工藝的需求，我們提出如下四種發送電路架構：極性反饋(Polar Feedback)“Lite”、極性反饋、極性開環、直接調制(零差)。

圖1給出了當前大多數GSM手機中使用的平移(或偏移)環(translational loop)架構。這種架構的主要優點是利用鎖相環(PLL)結構中的低通濾波器以起到帶通濾波的功能，從而不需要任何額外的濾波器就能提供優良的頻譜屏蔽性能，而且對調制器模塊沒有嚴格的要求。該解決方案經過幾代產品的改進，其性能、集成度和成本等各方面都已經得到了高度優化。


圖1：GMSK調制平移環結構。

因為GMSK(高斯最小頻移鍵控)是恒包絡調制，所以功率放大器(PA)可以工作在飽和狀態下，能提供最高的效率。現代的PA模塊還集成了CMOS功率控制器，以便為上升、下降沿控制和功率控制DAC提供一個便利的接口。

極性反饋“Lite”

“極性”調制器的概念是為了保留平移環結構，因此保留上述全部優點。然而為了支持EDGE模式，還必需對調制器增加調幅(AM)能力：在調制器輸出端去掉AM調制，饋送到幅度控制器，再饋送到高動態范圍的VGA，從而再生成射頻AM和PM復合信號。將該信號饋送到一個純粹作為放大器的線性PA單元。由于PA沒有得到補償，所以它的線性度和動態范圍必須非常高才能保證信號質量。當然，線性PA通常不如飽和PA的效率高。


圖2：極性結構框圖。

為減小GSM模式中的電流，可以關斷AM控制器，并且將功率控制直接切換到PA。然而，由于設計折中，即使是在GSM的飽和狀態下運行，該PA的效率仍然比純飽和PA的效率低。

極性反饋

全極性架構如圖2所示，它與極性Lite的概念類似，優點是仍可配置傳統的GMSK飽和PA架構，具有前面所述的功率效率高的優點。該框圖給出了本解決方案中圍繞PA增加的反饋環路。利用這個反饋環路來對PA進行“線性化”(去除AM到AM及AM到PM失真)。基于PA反饋，AM控制器產生一個AM誤差項。系統將相應地調整PA增益以抵消AM誤差。利用鑒相器(PFD)可對PA引起的AM－PM失真進行補償。這種反饋路徑使用的耦合器可以是獨立器件，也可以集成在PA模塊中。


圖3：極性“Lite”結構框圖。

極性開環

開環架構可以使用飽和PA，但該架構不包括圍繞PA的反饋環路。取而代之的是用電源、溫度、電壓、頻率來表征PA，而且這些數據都存儲在查找表(LUT)中。用數字邏輯選擇或插入適合工作條件的校正系數，并且當出現預失真時施加給AM控制器和IQ輸入。將AM復合信號反饋到PA振幅控制器上，并且將預失真相位反饋到調制器和平移環上，從而消除PA的非線性。但是這種方法需要在生產線上消耗大量時間校準以補償各元件之間的偏差，并且不容易校正系統老化效應。


圖4：極性開環結構框圖。

直接調制

直接調制與前面討論的架構截然不同，它不使用平移環和中頻，而是調制器直接將IQ信號變換到要求的射頻信道。采樣VGA方法用輸出信號實現功率控制。然后根據調制器的噪聲性能，在信號送入線性PA之前可能還需要一個外部濾波器。這種架構的優點是簡單，但是從噪聲和雜散性能的角度來說，由于沒有集成濾波，對設計RF調制器提出嚴峻挑戰。另外這種架構要求使用線性PA，它的效率不及飽和PA的效率高。


圖5：線性或零差結構框圖。

表1：各種調制架構比較。

本文小結

直接調制方法看上去很吸引人，但實現過程存在一些問題，并且功率效率比極性調制設計使用的飽和PA的效率低。在極性調制設計中，極性反饋方法比極性“Lite”方法效率高，由于極性反饋方法增加了制造的魯棒性，并且顯著降低了與開環架構相關的校準開銷。