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提升手机上行链路效率的射频功放架构--包络跟踪介绍

包络跟踪(ET)的原理并不意味着任何信号的成形（shaping）/变换 ， 而是包括在最合适的条件下配置线性功率放大器 ， 以便同时提高效率和线性度 。 包络跟踪(ET)的基本原理如图1所示 。 A/AB类放大器的功率能力是动态的适应为瞬时电源电压的函数 。 尽管已知这种原理比EER具有更低的效率性能 ， 但它强烈地缓解了EER所面临的同步和操作带宽受限等关键问题 。 此外 ， 这一原理并不需要预失真系统 ， 并在非常广泛的功率范围内能持续运行 ， 这是一个有利于它应用的强有力的优点 。 包络跟踪可以通过自适应调制电源电压(漏极/集电极ET)或动态偏置（bias）功率晶体管来进行 ， 也可以两者兼而有之 。 由于电源级特性的动态变化 ， ET的缺点在于会出现功率增益调制的现象 。 包络跟踪(ET)功放的体系结构我们将在后面的文章中进行详细介绍 。
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图1、包络跟踪（ET）的发射机架构
使用带通Delta-Sigma调制器的PA体系结构可以使用Delta-Sigma调制器将射频输入信号转换为数字数据(即方波信号) ， 可以有效地使用开关类放大器 ， 例如类S功率级（图2）放大射频信号 。 Delta-Sigma调制能够抑制感兴趣频带的带外量化噪声 。 由于输出带通滤波器抑制掉了带外杂散信号 ， 这样原始信号就能简单地被恢复出来 。
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图2、基于Delta-Sigma带通调制器的发射机架构
这一原理不受LINC或EER等同步问题的限制 。 不需要额外的外部无源器件 。 效率最大化的功率范围是由Delta-Sigma调制器的动态范围决定的 ， 并且比Doherty或EER的功率范围宽得多 。 同样 ， 这种拓扑结构也出现了一些问题 。 首先 ， 它收紧了输出滤波器的带外抑制的规格要求 。 第二 ， 设计一个带通Delta-SigmaADC工作在几千兆赫兹（GHz） ， 以满足具有宽信道带宽(WLAN为20MHz)、高动态范围(WCDMA为74dB)是一项复杂的任务 ， 需要非常高的时钟频率 。 这是以牺牲高电流消耗为代价的 ， 这与设计一个高效的发射机系统的初衷是相矛盾的 。 到目前为止 ， 大多数这种发射机架构的工作都涉及800MHz到1GHz之间的低波段范围 。 为了扩展高载波频率应用的性能 ， 有人提出了一种低功率数字带通Delta-Sigma调制器的解决方案 。 然而 ， 这一种拓扑调制器是在纳米CMOS工艺上开发的 ， 这些工艺几乎不符合高压PA的应用 。 因此 ， 功率能力、高载波频率、宽信道带宽等难以用该体系结构来同时满足 。
结论【提升手机上行链路效率的射频功放架构--包络跟踪介绍】从先前的回顾来看 ， 基于包络调制器(例如EER)的PA体系结构非常消耗芯片的面积 ， 并且可能不太符合复杂的多标准或宽带MIMO移动手机中应用 。 BoM清单或者器件面积是手机制造商的一个关键因素 ， 必须将其限制在严格的最低限度 ， 因为印刷电路板的上层基本上被用户界面显示屏/键盘所占据 。 这也是为什么现在手机中很少使用隔离器的原因 。 由于带宽的限制和由此产生的电流消耗 ， Delta-Sigma调制器驱动的S类（开关类）PA拓扑也很少被考虑 。 “理想”的PA架构可能包括结合几种技术 ， 如漏极/集电极 ， 栅极/基极和/或负载线（load-line）调制 ， 同时开关功放 ， 以扩大功率可重构性范围 。 后面我们将以发展的观点讲述硅芯片的完全集成解决方案以及低PAdie的面积的设计思路 ， “低消耗”架构 ， 既不需要外部组件 ， 也不需要预失真系统 。 包络跟踪将会被重点介绍 。 各种包络检测和（离散或连续）驱动原理的发展将详细介绍PA动态重构和效率增强的解决方案 。 后面描述的PA体系结构试图提出0.25μmBICMOS技术的优点和集成高功率器件与低功率模拟信号的工艺 。 从技术的角度来看 ， 功率放大器的设计是由各种因素之间的严格权衡来决定的艺术 ， 我们将继续讨论 。


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