PA的指标分析.docx
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PA指标分析
一.PA的工艺
PA的设计指标包括频率、带宽、功率、效率、线性度,甚至可能也要要求噪声。
目前主要有两种工艺CMOS和GaAs。
CMOS工艺比GaAs有优势的地方,主要是集成度和成本。
所以但凡是要求效率、噪声、线性度等指标的放大器都不会选择CMOS工艺。
同时,CMOS的衬底损耗大,在大功率(1W以上)和低噪声方面都做不过砷化镓,所以无线网络和手机市场就被GaAsPA所统治,因为它可以支持高频率和高功率应用,而且效率很高。
CMOSPA则在蓝牙和ZigBee应用领域占据主导地位,因为它一般运行功率更低,而且性能要求没有那么苛刻。
二.PA选型
GSM是恒包络调制,对线性度要求不高,所以使用非线性PA即可;LTE是非恒包络调制,幅度包含调制信息,所以对线性度要求很高,采用的是线性PA;CMOS目前无法满足高线性的要求,目前LTEPA几乎都是使用GaAs。
GaAs电子迁移速率是传统SI的六倍,所以截止频率高适合作为PA,常见的PA多为GaAs材质。
但是CMOS工艺比较成熟,容易和transceiver集成在同一芯片内,但是前提是解决好大信号和小信号的隔离比较困难。
一般这种SOC带内杂散都比较高
三.PA指标详解
衡量各类功率放大器性能的主要性能指标有:
工作频带及带宽、输出功率、增益及增益平坦度、输入及输出反射系数(驻波比)、线性度等,
1.工作频带及带宽
工作频带是指满足其他所有性能指标要求的连续工作频率范围。
带宽用来表示传输信号所占有的频率宽度,由传输信号的最高频率fh和最低频率fl决定,两者之差就是带宽值(BW),即BW=fh-fl。
相对带宽定义为信号带宽与中心频率之比,公式表示为W=2fh-fl/fh+fl×100%
对于窄带、宽带的划分而言,目前尚无统一的严格定义,但通常有以下几种约定或定义方法。
在天线应用中,相对带宽W≤10%时,称为窄带天线;当
fhfl>2:
1时,称为宽带天线;当fhfl>10:
1时,称为超宽带天线。
对于射频电路模块,按工程设计经验,相对工作带宽低于15%,划为窄带模块;若一个射频电路模块的相对工作带宽高于15%,就被划为宽带模块。
B28的相对带宽为6.2%。
700多M,45M的带宽,收发间隔10M。
带宽宽,收发间隔近,双工器带外抑制就做不好。
这样就会有带外杂散,Tx对Rx的desense等问题。
业内器件厂家就只能分开来做了。
一般分为A和B.
B28A:
A703-725.5;B28B:
B725.6-747.9
2.输出功率及效率
输出功率(Pout)就是功放驱动给负载的带内射频信号的总功率,表示方法有饱和输出功率(Psat),和1dB压缩点输出功率(P1dB)。
(1)饱和输出功率Pout
当放大器的输出功率达到某一值后,其不再随输入功率的增加而増加,则该
输出功率称为功率放大器的饱和输出功率。
3.1dB压缩点输出功率P1dB
当输入功率较低时,输出功率与输入功率成比例关系,然而,当输入功率超过一定量值之后,由于非线性使输出功率与输入功率的比值即增益减小,最终结果是输出功率达到饱和;当放大器的增益偏离常数或比小信号线性增益低1dB时,该点就称为“1dB压缩点增益G1dB”,对应输出功率称为“1dB压缩点输出功率Pout,1dB”,对应的输入功率称为“1dB压缩点输入功率Pin,1dB”。
假定G0为放大器的小信号增益,则它们之间的关系为:
图1-1放大器的1dB压缩点表示图
放大器处于线性工作时,输入功率的变化范围,称为动态范围(dynamicrange,DR)。
如果输入功率超过动态范围的上限,输出开始饱和;如果输入功率低于动态范围的下限,噪声将占主导地位,如图1-1所示。
这些因素都会影响通讯质量。
4.输出功率及效率
效率是放大器的一个重要指标,提高效率可以降低温度,提高器件的可靠性。
通常采用功率附加效率来表示:
ηadd=射频输出功率-射频输入功率直流输入功率=Pout-PinPDC
它反映了在直流功率的基础上射频功率的增加量,它主要反映了直流功率的利用效率。
5.谐波失真
谐波失真:
谐波失真是指由于功率放大器的非线性在谐波处产生较大的失真。
对于窄带放大器,这些谐波都不在通带内,用滤波器能很容易滤掉这些谐波,通常可以使谐波降到-60dBc以下(相对基波信号)。
但对于宽带放大器,某些谐波正在通带内,谐波失真指标比较差,大约在-20dBc左右。
谐波失真大小由下式决定
HDn=10logPnPs(dbc)
HDn为n次谐波失真;Pn为n次谐波输出功率;Ps为基波信号输出功率。
通常在设计小功率放大器时(比如几十毫瓦或几百毫瓦),可以不考虑这项指标。
但在大功率设计中,为避免对其他电子系统的干扰,必须考虑这项指标。
6.交调失真
6.1交调失真:
交调失真是两个或多个输入信号同时经过放大器而产生的混合分量,它也是由于功率放大器的非线性造成的。
例如有两个不同频率的输入信号F1和F2,由于功率放大器的非线性,输出信号中将有许多新产生的分量,mF1±nF2(m、n=0、1、2……)
放大器的交调失真
各分量分别称为其m+n阶交调分量。
交调分量的大小可以用交调系数来表示。
对于上面的例子其m+n阶交调系数为:
Mm+n=10logPm+nPi(dbc)
Mm+n的含义是交调分量比上基波分量的分贝值,Pm+n是m+n阶的交调功率,Pi(i=0,1)分别对应双音信号的基波输入功率。
交调失真产物会产生邻近话路之间的串扰,降低系统的频谱利用率,并使误码率恶化。
因此要求系统的交调失真产物越低越好,例如要求-30dBc,甚至-40dBc。
当等幅信号输入功率放大器时,输出信号中存在各种阶次的交调分量,其中三阶交调分量(2F1-F2,2F2-F1)与基波信号频率(F1,F2)非常接近,所以要着重考虑,其定义为:
M3=10logP3Pi(dbc)
其中P3为是三阶交调频率处的三阶交调功率,Pi(i=0,1)分别对应双音信号的基波输入功率。
6.2三阶截断点(3rd-orderInterceptPoint,IP3)放大器的基波输出信号延长线与三阶互调失真信号延长线的交点,定义为三阶互调截断点,如图2.5所示。
通常,三阶互调失真定义为基波输出功率与三阶互调谐波输出功率的差,即
IMD3dbc=Poutdbm-IM3(dbm)
当输出功率一定时,三阶交调交截点IP3越大,放大器的线性度就越好。
放大器三阶截断点
四.PA线性度的应用
4.1ACLR的计算
关于ACLR到底是用20倍log(电压相加)还是10倍log(功率相加)有很多不同的说法,目前很多人处于混乱状态,有如下几种说法:
说法1,ACPR的本质就是IM3和IM5,如果前后级交调产物相关就用电压相加20倍log,前后级交调产物不相关就功率相加10倍log
说法2,做实验证明,小信号的累加比如上变频到Driveamp的累加是20倍log,但是从TRX出来到PA大抵是满足功率相加的10倍log
说法3,和相位有关,所以10倍到20倍都可能,所以最好用15倍折中来评估。
10ACLR20=10ACLRtra20+10ACLRPA20
10ACLR10=10ACLRtra10+10ACLRPA10
6169LTESpecifications
Sky77643loadpull
五.SKY77643-11解读
PA的寄存器简介:
以前的3gpa因为增益阶梯小,通道开关少,所以使用gpio控制输入,进入4g时代,你想控制这么多的开关,不是几个gpio能解决的,多了的话,就比较占用管脚。
所以使用了类似i2c的总线方式,也就是mipirffe,所以,各个开关的通断,pa功率的大小,都是mipi协议写入到pa的寄存器中的,详细的介绍可以看看modem的配置资料。
SKY77643分高中低三种增益模式,通过VCC1,VCC2,VCC2_2电压的高低来控制PA输出功率的高低。
sky77643的VCC2和VCC2-2是连到一起的VCC1是经过这个通路,最后也是进入到PMU的VPA走一路总线,那也就是说三个引脚处的电压都是一样的。
VCC1是驱动级,VCC2和VCC2-2是放大级电压。
VCC1,VCC2,VCC2-2最低电压极限值是0.55V,所以在调试INI文件中的DC2DC电压时最低值不要低于0.6V,如下图
我们的2GPA用的是Vramp来控制的,通过调整INI文件中的ramp值,写到CPU中,最终通过读取该数组来进行功率控制的。
六.FAQ
1.DC2DC与ILPC的关系
问题主要出在PA的切换点时,PA进行功率等级的切换,造成功率控制的不够平滑,所以会有凸包或凹包。
--功率切换点就是不同PAMode相互切换,内环功控Fail大多数都是因为切换点附近处的功率Fai导致的,你所说的凸包或凹包,就是切换点Fail,所以通常可以修改DC2DC的电压。
PAOCTLEVELPMULevelPAMode=H,H,H,H,H,M,M,L
PAOCTLEVELPMULevelDc2Dc=3.4V,2.6V,2.2V,1.9V,1.5V,1.1V,0.7V,0.6V,
这两组是对应关系,例如PAMMode切换到LModefail就修改对应M-L的DC-DC电压0.7V和0.6V
2.PA与MT6169是否可以放同一个shieldingroom?
不可以。
PA与MT6169要分两间shieldingcase,否则PA谐波会打到LO造成pulling,导致EVM/ACLRfail。
3.SKY77621的VCC1/2的耗电量分别是多少?
VCC1/VCC2:
~100mA/400mA@Maxpower。
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