Nujira验证高效功率放大器性能

由肖恩林奇,努哈拉

功率放大器(PAS)确保源射频(RF)信号(例如DVB,3G,LTE或4G信号)足够强大,以便传输。由于PAS使用固定电源电压,因此,无论信号的幅度如何,都会绘制最大功率,使其幅度为幅度调制RF信号的效率低下。

信封跟踪技术可以通过通过通过设备的RF信号动态调制放大器的电源电压,将PA的效率从30%到60%或更多增加。

Nujira的高精度跟踪(帽子™)技术,即第一次实际实施信封跟踪,正在使用或评估蜂窝基础设施和终端,广播发射器,军事通信等应用。它以三种产品线条:用于移动手机的Coolteq.L,Coolteq.h用于蜂窝基站,以及DVB发射器的Coolteq.u。我们在整个产品线的整个开发生命周期中使用了MathWorks工具,从研究,通过调制器设计,验证和自动化测试。

信封跟踪技术的好处

传统的PAS浪费高达80%的能量,它们消耗散热。例如,蜂窝基站中的PAS占消耗总功耗的一半。

图1.左:功率放大器具有固定电源电压。右:使用包络跟踪调制电源电压。

虽然它是超过60年前的首次描述,但信封跟踪尚未商业上应用,直到最近,主要是由于难以实现符合多载波诸如多载波WCDMA的宽带信号的效率,带宽和噪声要求的电源调制器。WiMAX或DVB。

Nujira的信封跟踪技术可以提高PA的效率,并显着降低功耗,从而降低能量纸币并大大降低所需的冷却量(图1)。它还可以实现更高的设备输出功率,允许广播公司扩展现有广播塔的范围。最后,Nujira技术的宽带操作使广播公司能够使用更少的PA设计来覆盖其目标广播频谱。

Nujira电源调制器技术

为了实现包络跟踪,调制器必须通过通过传输信号改变PA的电源电压,使放大器保持在其最有效点处。对于具有40megaHertz(MHz)信封的基站发送调制信号,例如,PA的电源电压必须以至少40MHz的频率改变,并且必须与发送的信号精确对准。

在产品设计阶段,我们使用了Simulink金宝app®,通信系统工具箱™和控制系统工具箱™为键电源调制器电路进行建模,然后耗尽模拟以提出各种调制器设计的性能。调制器模型包括关键电路,例如开关模式功率级和线性校正放大器。模拟从原始信封输入到处理的包络输出的调制器的操作使我们能够预测调制器的效率和跟踪精度。然后我们使用模拟结果来验证制造产品的性能。

开发和验证数字预失真算法

在实时调制PA晶体管的栅极电压使传输信号扭曲,可以使用数字预失真校正的效果。我们的数字预失真算法应用于传输链内,以产生线性化输出,满足所有相关标准的相邻信道功率(ACP)要求。

我们使用MATLAB开发和测试了数字预失真算法的浮点版本®和信号处理工具箱™,然后使用固定点工具箱™转换为固定点,以准备在FPGA和DSP上实现。我们开发了一组测试输入和预期输出,以验证在硬件中实现它们之前的算法。我们重复使用相同的测试向量以验证硬件是否产生与定点MATLAB实现相同的结果。

调制器设计验证

在验证的第一阶段,我们使用了包含测试基带,调制器和大电阻负载的测试配置。验证工作台包括数字万用表(DMM),电源和示波器(图2)。所有设备都是使用MATLAB和仪器控制工具箱™控制,通常通过GPIB总线通过可编程仪器(SCPI)的标准命令。测试团队使用Agilent MXA信号分析仪捕获2G,3G,LTE和TDMA测试信号的范围,然后使用MATLAB对信号进行CREST因数减少,以准备在测试环境中使用。

图2. 2.1GHz RF验证测试台。

在下一轮验证中,我们用实际PA取代了电阻负载,并添加了一个频谱分析仪和两个USB电力计到验证台。使用此配置,我们可以测试完整的RF设置。我们提供给潜在客户的开发套件包含相同的RF设置。它包括CoolTeq开发系统和独立MATLAB应用程序,具有图形界面,使客户能够控制测试的每个方面(图3)。

图3.左:从基于Matlab的CoolTeq开发系统生成的波形分析显示。右:CoolTeq开发系统控制面板。

系统级验证

Nujira测试团队为完整的基带,调制器和PA链建立了自动测试设备(ATE)系统。除示波器和频谱分析仪外,测试设置还包括多个电源,功率计和DMMS(图4)。设置使我们能够换完基带,调制器或PA,以快速评估新设计。我们使用MATLAB驱动自动化测试并控制测试仪器。我们从范围和基带接收器捕获波形,然后运行MATLAB脚本,以分析整个操作点的整个系统的性能,包括一系列电压轨,在-40至+60摄氏度之间的温度下。

图4. Nujira的自动化测试设备设置,用于系统级验证。

一个RF波形的典型测试运行需要大约50个测量。由于手动测试要求工程师为每个测试设置寄存器,因此单个运行可能需要几个小时才能手动完成。通过我们的吃,工程师可以在几分钟内完成一次运行,并在45分钟内为10个波形进行全面回归测试。此外,来自ATE的结果比手动测试结果更加一致,可重复。基于Matlab的ATE在手动测试成本中拯救了Nujira以上超过1亿英镑。

Coolteq.h产品线已经在生产中,我们现在正在测试移动手机的第一个Coolteq.l芯片。MathWorks Tools帮助Nujira将这些产品从原始研究带来生产系统,并使我们能够开下载188bet金宝搏发一个完整的ATE系统,以实现组件和系统级测试。

发布2010年 - 91845V00


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