TD-SCDMA射頻功率放大器研究

　　功率放大器的瞬態(tài)響應不僅與器件本身有關(guān)，還與偏置電路的設計密切相關(guān)。為了更好地分析功率放大器的瞬態(tài)響應，這里根據晶體管的模型用二階R-C網(wǎng)絡(luò )來(lái)等效分析功率放大器的瞬態(tài)響應，如圖4所示。其中，C1、R1、R2代表功率晶體管的等效參數；而C2、R3、R4則是功率放大器的供電電路參數。當功率放大器打開(kāi)時(shí)，控制開(kāi)關(guān)J1的3腳與1腳相連，電源V1對電容進(jìn)行充電，可見(jiàn)電路的上升時(shí)間不僅與功率晶體管的電容C1有關(guān)，還與供電電路的濾波電容C2和電阻R4有關(guān)。在實(shí)際的應用中，R4一般選取10?贅，而由于上升時(shí)間不能太大，濾波電容只能選擇pF量級的。但功率放大器關(guān)斷時(shí)，開(kāi)關(guān)J1的3腳與2腳相連，此時(shí)電路通過(guò)阻值很小的電阻R3來(lái)放電，從而保證功率放大器的瞬態(tài)響應下降時(shí)間足夠短。

　　功率放大器瞬態(tài)響應上升時(shí)間與圖4中的C1、R1和R4密切相關(guān)，其中C1和R1是管子內部的參數，由所使用的功率晶體管型決定；而R4與偏置電路有關(guān)，可以通過(guò)改變R4的大小來(lái)改變整個(gè)功率放大器的瞬態(tài)響應。圖5就是在R4的不同阻值下的功率放大器電路的瞬態(tài)響應。從圖中可以看出，當R4=10Ω時(shí)，功放的柵極偏置電壓的上升時(shí)間為0.6us；當R4=20Ω時(shí)，上升時(shí)間變?yōu)?.1us；當R4=30Ω時(shí)，上升時(shí)間為1.6us。也就是說(shuō)，隨著(zhù)電阻R4 阻值的增大，功率放大器柵極偏置電壓的上升時(shí)間也隨之增大。

　　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。