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针对包络跟踪放大器完整的测试方案

2020年04月06日 14:40 次阅读

本文介绍了罗德与施瓦茨公司针对包络跟踪放大器完整的方案,最新的矢量信号源SMW200A是业界第一台同时支持信号和包络信号输出的测试仪表,大大提高了测试效率,减轻了测试复杂度。同时,其分析软件基于矢量信号分析仪FSW可以包络跟踪放大器测试所需的所有指标,包括功放效率、射频指标等。

移动通信技术从2G时代的GSM/EDGE发展到3G时代的WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000,再到目前的研究热点LTE/LTE-A,高阶调制、多载波等新技术的应用,使得网络所支持的数据速率越来越高,与此同时信号的峰均比(PAR)也越来越大。而传统的固定电源功率放大器在高峰均比、高功率情况下,工作效率很低,从而导致很大一部分能量浪费了,尤其是对于终端的电池寿命影响很大。

与传统的固定电源功放相比,包络跟踪放大器可以与射频信号的包络同步地改变放大器电源电压,从而提高包络跟踪功放的效率。所以,更多的功放厂商开始支持包络跟踪技术,来减少功率消耗,比如应用在智能手机上的功放。

没事电影网 典型的功放测试系统由一台信号源和一台频谱分析仪组成,不过对于包络跟踪放大器测试,需要一台额外的信号源提供包络信号给放大器的直流调制器。罗德与施瓦茨公司的矢量信号源SMW200A,一台仪表就可以同时提供射频信号和包络信号给包络跟踪放大器,同时配合矢量信号分析仪FSW就可以对包络跟踪放大器的功放效率、邻带泄露特性、调制特性等指标进行分析测量,如果加装相应的数字预失真选件,该套测试环境还可以对放大器进行相应的预失真测试。

包络跟踪技术基础

现 代通信系统中的数字调制信号比如LTE/LTE-A 都有很高的峰均比,至少会有几个dB。也就是说LTE的瞬时信号功率随着时间的变化会有很大的变化,为了防止功放工作在饱和区域,所以需要给传统的功放提 供一个很高的直流电压。这样,当功放工作在低输出功率时,会造成很多能量以散热的方式浪费了。

包络跟踪技术的应用,有效地克服了这个问题。理想的包络跟踪技术可以根据射频信号的包络,动态的调节给功放的供电电压,从而使得功放的效率大大提高。以移动终端为例,应用了包络跟踪技术的功放,可以使得电池的寿命大大延长。

图1给出了传统功放与包络跟踪放大器的基本原理差别。

传统功率放大器和包络跟踪放大器基本原理图

图1:传统功率放大器和包络跟踪放大器基本原理图。

没事电影网 从图1可以看出,对于传统的功率放大器直接把基带的IQ数据上变频之后,以射频形式提供给功放,同时功放需要一个恒定的直流电压供电。但是,对于包络跟踪放大器,除了提供射频信号之外,还需要把相应基带信号的包络下列公式提供给直流调制器,以便提供可变的直流电压给功放。

为了使直流调制器更有效地工作,需要把直接的包络信息A经过一定的赋形处理,比如线性、查找表、多项式、Detroughing等。同时,为了使功放能够正 常有效地工作,到达功放的射频信号和调制直流电压需要严格的时间对齐,如果两者的时间存在一定的误差,就会导致功放输出信号的调制质量变差。

包络跟踪测试方案

罗德与施瓦茨公司针对包络跟踪放大器提 供了完整的测试方案,矢量信号源SMW200A可以提供测试所需的射频信号和包络信号,矢量信号分析仪FSW可以对放大器输出的射频信号以及直流调制器输 出的电压和电流没事电影网进行测量,同时SMW200A和FSW可以由运行在PC机上的测试软件FS-K180PC进行控制,自动完成包络跟踪的测试。

没事电影网 SMW200A 可以实时产生各种通信制式的标准信号,也可以加载客户自定义的ARB文件。同时,SMW200A的IQ Analog模块可以输出相应的包络信号,并且可以适配直流调制器的电压范围、偏压、增益、等特征参数。在包络跟踪测试过程中,还需要对包络信号进行 赋形,SMW200A支持线性、查找表、多项式和Detroughing等赋形方式;射频信号和调制电压是否同步,对包络跟踪的效果至关重 要,SMW200A支持包络信号和射频信号之间可调整的时延范围是,可以轻松满足同步的需要。

没事电影网 FSW具有良好的射频指标,可以对放大器的频域特性进行测试,同时可以分析各种通信标准信号的调制质量(EVM、频谱误差等),如果加装模拟IQ输入选件,还可以对直流调制器输出电压和电流进行测试。

FS- K180PC软件可以通过网络控制SMW200A和FSW,来完成包络跟踪和数字预失真的自动测试。该软件可以测试常规的频域信息,比如PA输出信号 的功率、ACLR等;测试信号的调制质量,比如EVM、IQ Offset、IQ Imblance等;测试包络信号和射频信号的时域关系;同时还可以测试放大器的AM-AM,AM-PM特性,并且可以通过软件中的“Update DPD on SMW”功能实时对SMW200A中的信号进行数字预失真补偿,使PA工作在线性区域。

本文使用罗德与施瓦茨公司的测试设备和软件,对实际的包络跟踪放大器进行测试,现场测试连接如图2所示:

包络跟踪放大器测试连接图

没事电影网 图2:包络跟踪放大器测试连接图。

测试结果及说明

包络跟踪技术可以使工作在高功率输出状态下的放大器减 少功率损耗,提高功放效率。以该测试为例,当我们使用上行10MHz 带宽的FDD LTE信号作为放大器的输入,其输出平均功率约为25dBm,此时与传统的恒定电压供电放大器相比,使用包络跟踪技术可以使其功放效率提高20%左右。同时,FS-K180PC软件还可以对放大器的EVM、ACLR等射频指标进行测试,也可以测试出进放大器射频信号与包络电压之间的时域关系,具体结果如图3所示。

包络跟踪放大器测试结果

图3:包络跟踪放大器测试结果。

没事电影网 从测试结果图中可以看出,FS-K180PC软件同时可以对放大器的预失真效果进行测试和补偿,FSW测试出放大器的AM-AM、AM-PM特征,会自动生 成相应的查找表,SMW200A支持实时的修改数字预失真查找表,无需重新生成信号即可实现数字预失真功能,通过激活该功能可以使放大器的线性截止点提高3个dB左右。

小结

本文介绍了罗德与施瓦茨公司针对包络跟踪放大器完整的测试方案,最新的矢量信号源SMW200A是业界第一台同时支持射频信号和包络信号输出的测试仪表,大大提高了测试效率,减轻了测试复杂度。同时,其分析软件基于矢量信号分析仪FSW可以测量包络跟踪放大器测试所需的所有指标,包括功放效率、射频指标等。

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