基于LDMOS的TD-SCDMA射頻功率放大器

　　圖6給出了偏置電路中R4不同取值時(shí)功率放大器的EVM測試值。從圖6可以看出，偏置電壓上升得越快，對EVM的惡化越??；反之，對EVM的惡化就越大。測試中還發(fā)現，如果上升時(shí)間過(guò)長(cháng)，甚至可能導致信號無(wú)法解調。由此可見(jiàn)，功率放大器瞬態(tài)響應的上升時(shí)間與EVM確實(shí)有著(zhù)必然的聯(lián)系。

　　根據TD-SCDMA相關(guān)規范，要求收、發(fā)切換時(shí)開(kāi)關(guān)的上升時(shí)間必須小于2?滋s，這正是從保護信號完整傳輸和避免EVM指標惡化這方面來(lái)考慮的。而通過(guò)選擇合適的功率放大器晶體管并設計合適放大器的偏置電路和開(kāi)關(guān)控制信號，完全可以滿(mǎn)足國家提出的標準，甚至可以使得開(kāi)關(guān)的上升時(shí)間小于1us。

　　功率放大器偏置電壓控制信號設計

　　如圖6所示，即使功率放大器的瞬態(tài)響應上升時(shí)間小至1us，放大器工作在時(shí)分雙工模式時(shí)的EVM仍然大于1.2%，仍然大于功率放大器處于常開(kāi)模式下的 EVM指標，即功率放大器的瞬態(tài)響應仍然對信號質(zhì)量造成了惡化。顯然，由于功率放大器本身以及偏置電路的影響，功率放大器的瞬態(tài)響應上升時(shí)間不可能為零，因此不可避免地會(huì )產(chǎn)生削波現象，從而惡化EVM指標。

　　為了避免功率放大器的瞬態(tài)響應上升時(shí)間對EVM的影響，就必須保證在TD-SCDMA信號到來(lái)時(shí)，功放的瞬態(tài)響應已經(jīng)結束，即功放開(kāi)關(guān)已經(jīng)完全打開(kāi)。因此，必須把功放的打開(kāi)時(shí)間提前。由于TD-SCDMA系統是一個(gè)同步系統，具有統一的時(shí)鐘參考和同步控制，因此實(shí)現開(kāi)關(guān)的提前打開(kāi)控制并不困難，本文對此不作論述。至于開(kāi)關(guān)打開(kāi)的提前量設為多少比較合適，則要根據具體的功放電路的瞬態(tài)響應速度來(lái)決定。實(shí)驗中，當功放開(kāi)關(guān)的上升時(shí)間為1.5us時(shí)，改變開(kāi)關(guān)打開(kāi)的提前量，得到相應情況下的EVM數值如圖7所示。

　　由圖7可見(jiàn)，當功放開(kāi)關(guān)不提前打開(kāi)時(shí)，EVM值大于1.5%；而隨著(zhù)打開(kāi)提前量的逐漸增加，EVM的值也逐漸減??；當開(kāi)關(guān)打開(kāi)的提前量增加到與該功放打開(kāi)的上升時(shí)間相當時(shí)(本例中為1.5us)，EVM數值則下降到與常開(kāi)模式下的EVM數值完全相同的水平；若繼續增大開(kāi)關(guān)打開(kāi)的提前量，EVM則保持不變。由此可知，當功放開(kāi)關(guān)打開(kāi)的提前量不小于功放本身的打開(kāi)上升時(shí)間時(shí)，功放在TD-SCDMA信號到來(lái)時(shí)就已經(jīng)處于完全打開(kāi)的狀態(tài)，瞬態(tài)響應已經(jīng)結束，也就不會(huì )產(chǎn)生對信號的削波現象，自然也就不會(huì )對EVM有額外的惡化。

　　由圖3可以看出，在TD-SCDMA常規時(shí)隙之間，只有12.5us的保護間隔（GP），也就是在上、下行切換的可變切換點(diǎn)，只有12.5us的上、下行保護時(shí)間?？紤]到必須保證上、下行之間要有很好的隔離效果來(lái)保證系統的穩定運行，國家規定上行(或下行)開(kāi)關(guān)完全關(guān)斷與下行(或上行)開(kāi)關(guān)開(kāi)始打開(kāi)之間必須有大于3us的保護時(shí)間；而且TD-SCDMA收發(fā)設備本身還可能有3?滋s～5?滋s的延時(shí)。因此即使可以通過(guò)開(kāi)關(guān)的提前打開(kāi)來(lái)減小EVM的惡化，開(kāi)關(guān)打開(kāi)的提前量也是嚴格受限的。例如：由于下行開(kāi)關(guān)的打開(kāi)提前量過(guò)大可能造成上行還未完全關(guān)斷時(shí)，上行就已經(jīng)打開(kāi)的情況，此時(shí)上、下行同時(shí)工作，很容易產(chǎn)生自激等不穩定的后果，造成系統故障。因此，國家對上下行之間的保護時(shí)間、上下行功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度以及上下行功率開(kāi)關(guān)的打開(kāi)提前量和關(guān)閉滯后量都有明確而嚴格的規定，這里不作具體介紹。從上面的分析可以看出，在開(kāi)關(guān)的打開(kāi)速度夠快的前提下(小于2?滋s)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的提前開(kāi)啟(開(kāi)關(guān)的打開(kāi)提前量不小于開(kāi)關(guān)打開(kāi) 的上升時(shí)間)可以使得功放在時(shí)分雙工模式下的EVM指標達到常開(kāi)模式下的水平，即此時(shí)開(kāi)關(guān)的瞬態(tài)響應并不會(huì )使信號質(zhì)量惡化，功放能夠良好運行。

　　本文分析了TD-SCDMA功率放大器的EVM指標在時(shí)分雙工模式下和常開(kāi)模式下的區別。通過(guò)對功放的瞬態(tài)響應解釋了功放在時(shí)分雙工模式下對EVM的惡化主要來(lái)自于功率開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)間的限制，即開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)間越長(cháng)，對EVM造成的惡化越大。為了深入地分析功放的瞬態(tài)響應，本文建立了一個(gè)二階R-C模型，介紹了制約功放瞬態(tài)響應的相關(guān)因素。最后，提出了改善TD-SCDMA功率放大器時(shí)分雙工模式EVM指標的方案：提高功放開(kāi)關(guān)的打開(kāi)速度以及實(shí)現功放開(kāi)關(guān)的提前打開(kāi)。給出了具體的建議：功放開(kāi)關(guān)的上升時(shí)間小于2?滋s；功放開(kāi)關(guān)打開(kāi)的提前量不小于功放開(kāi)關(guān)的上升時(shí)間。經(jīng)檢測表明，基于本文理論實(shí)現的功率放大器在 TD-SCDMA無(wú)線(xiàn)設備中和整個(gè)TD-SCDMA系統網(wǎng)絡(luò )中都能正常工作，并且性能良好。

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