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(xiàn)，如果上升時間過長，甚至可能導(dǎo)致信號無法解調(diào)。由此可見，功率放大器瞬態(tài)響應(yīng)的上升時間與EVM確實(shí)有著必然的聯(lián)系。

　　根據(jù)TD-SCDMA相關(guān)規(guī)范，要求收、發(fā)切換時開關(guān)的上升時間必須小于2?滋s，這正是從保護(hù)信號完整傳輸和避免EVM指標(biāo)惡化這方面來考慮的。而通過選擇合適的功率放大器晶體管并設(shè)計(jì)合適放大器的偏置電路和開關(guān)控制信號，完全可以滿足國家提出的標(biāo)準(zhǔn)，甚至可以使得開關(guān)的上升時間小于1us。

　　功率放大器偏置電壓控制信號設(shè)計(jì)

　　如圖6所示，即使功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)上升時間小至1us，放大器工作在時分雙工模式時的EVM仍然大于1.2%，仍然大于功率放大器處于常開模式下的 EVM指標(biāo)，即功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)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(yīng)上升時間不可能為零，因此不可避免地會產(chǎn)生削波現(xiàn)象，從而惡化EVM指標(biāo)。

　　為了避免功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)上升時間對EVM的影響，就必須保證在TD-SCDMA信號到來時，功放的瞬態(tài)響應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，即功放開關(guān)已經(jīng)完全打開。因此，必須把功放的打開時間提前。由于TD-SCDMA系統(tǒng)是一個同步系統(tǒng)，具有統(tǒng)一的時鐘參考和同步控制，因此實(shí)現(xiàn)開關(guān)的提前打開控制并不困難，本文對此不作論述。至于開關(guān)打開的提前量設(shè)為多少比較合適，則要根據(jù)具體的功放電路的瞬態(tài)響應(yīng)速度來決定。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)功放開關(guān)的上升時間為1.5us時，改變開關(guān)打開的提前量，得到相應(yīng)情況下的EVM數(shù)值如圖7所示。

　　由圖7可見，當(dāng)功放開關(guān)不提前打開時，EVM值大于1.5%；而隨著打開提前量的逐漸增加，EVM的值也逐漸減??；當(dāng)開關(guān)打開的提前量增加到與該功放打開的上升時間相當(dāng)時(本例中為1.5us)，EVM數(shù)值則下降到與常開模式下的EVM數(shù)值完全相同的水平；若繼續(xù)增大開關(guān)打開的提前量，EVM則保持不變。由此可知，當(dāng)功放開關(guān)打開的提前量不小于功放本身的打開上升時間時，功放在TD-SCDMA信號到來時就已經(jīng)處于完全打開的狀態(tài)，瞬態(tài)響應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，也就不會產(chǎn)生對信號的削波現(xiàn)象，自然也就不會對EVM有額外的惡化。

　　由圖3可以看出，在TD-SCDMA常規(guī)時隙之間，只有12.5us的保護(hù)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(hù)時間?？紤]到必須保證上、下行之間要有很好的隔離效果來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，國家規(guī)定上行(或下行)開關(guān)完全關(guān)斷與下行(或上行)開關(guān)開始打開之間必須有大于3us的保護(hù)時間；而且TD-SCDMA收發(fā)設(shè)備本身還可能有3?滋s～5?滋s的延時。因此即使可以通過開關(guān)的提前打開來減小EVM的惡化，開關(guān)打開的提前量也是嚴(yán)格受限的。例如：由于下行開關(guān)的打開提前量過大可能造成上行還未完全關(guān)斷時，上行就已經(jīng)打開的情況，此時上、下行同時工作，很容易產(chǎn)生自激等不穩(wěn)定的后果，造成系統(tǒng)故障。因此，國家對上下行之間的保護(hù)時間、上下行功率開關(guān)的開關(guān)速度以及上下行功率開關(guān)的打開提前量和關(guān)閉滯后量都有明確而嚴(yán)格的規(guī)定，這里不作具體介紹。從上面的分析可以看出，在開關(guān)的打開速度夠快的前提下(小于2?滋s)，通過開關(guān)的提前開啟(開關(guān)的打開提前量不小于開關(guān)打開 的上升時間)可以使得功放在時分雙工模式下的EVM指標(biāo)達(dá)到常開模式下的水平，即此時開關(guān)的瞬態(tài)響應(yīng)并不會使信號質(zhì)量惡化，功放能夠良好運(yùn)行。

　　本文分析了TD-SCDMA功率放大器的EVM指標(biāo)在時分雙工模式下和常開模式下的區(qū)別。通過對功放的瞬態(tài)響應(yīng)解釋了功放在時分雙工模式下對EVM的惡化主要來自于功率開關(guān)打開時間的限制，即開關(guān)打開時間越長，對EVM造成的惡化越大。為了深入地分析功放的瞬態(tài)響應(yīng)，本文建立了一個二階R-C模型，介紹了制約功放瞬態(tài)響應(yīng)的相關(guān)因素。最后，提出了改善TD-SCDMA功率放大器時分雙工模式EVM指標(biāo)的方案：提高功放開關(guān)的打開速度以及實(shí)現(xiàn)功放開關(guān)的提前打開。給出了具體的建議：功放開關(guān)的上升時間小于2?滋s；功放開關(guān)打開的提前量不小于功放開關(guān)的上升時間。經(jīng)檢測表明，基于本文理論實(shí)現(xiàn)的功率放大器在 TD-SCDMA無線設(shè)備中和整個TD-SCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中都能正常工作，并且性能良好。

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