为您的5G射频功率放大器选择即插即用线性化器

最大化功率放大器的线性度不应伴随着电信设备功耗过高或系统复杂性增加的警告。在此设计解决方案中，我们考虑了三种不同的线性化技术是否适合部署在5G电信基础设施中，同时牢记这些限制。

介绍

“如果用胖魔术标记绘制在对数-对数刻度上，一切都是线性的。”这个所谓的“马尔定律”提出了一个半开玩笑的观点，即有时如何操纵数据测量以适应比现实更线性的轮廓。然而，对于功率放大器（PA）来说，实现高线性度没有这样的捷径，而功率放大器（PA）是移动蜂窝通信基础设施的核心。随着 5G 或第 5 代蜂窝移动通信的展开部署，对这些放大器的性能提出了进一步的要求。

在这个设计解决方案中，我们介绍了5G电信技术有望带来的功能和优势，以及它将对PA设计提出的相关要求。然后，我们回顾了最常用的PA线性化技术，评估了它们是否适合满足这些需求，然后介绍了一种低功耗线性化器IC，该IC有可能大大简化PA设计，同时降低其在5G应用中的功耗。

5G 设计挑战赛

与现有的电信技术相比，5G有望提供多种优势。它将为更多的并发用户提供更高的数据速率，同时延长移动设备的电池寿命。为了实现这一点，PA必须以尽可能高的效率和比目前更高的带宽（高达100MHz）运行。

放大器线性度

完全线性的PA应该只产生所需输入信号的放大版本。实际上，这样的PA并不存在。相反，非线性会导致输出信号失真，随着放大器接近饱和点，失真量会增加（图 2）。

图2.输出功率与失真之间的关系。

对于多音输入信号，非线性会导致 PA 输出端出现不需要的交调频率（图 3）。

图3.PA生成的互调项。

降低PA失真需要使用某种形式的线性化技术。在以下各节中，我们将讨论5G背景下最常见的线性化技术的操作和适用性。

退避

限制最大输出功率电平，使整个信号位于PA传输曲线的线性区域内，是一种通常称为“退避”的技术。这种相对简单的方法的一个缺点是，随着PA工作点进一步远离其饱和点，放大器的效率（将直流电源转换为RF能量的能力）会降低。满足某些系统所需的信号峰均比（PAR）所需的回退量可能会将PA的效率降低至8%。这会导致更高的功耗、更高的系统实现成本和更大的散热器。因此，退避不是在5G应用中实现可接受效率的合适线性化方法。

有源线性化

在不降低效率的情况下提高PA线性度需要一种称为“预失真”的有源线性化形式。使用这种技术，可以“预测”PA固有非线性引起的失真量，并将其逆输入信号路径，从而相对于放大器输出端的所需信号减小不需要的音调的大小（图4）。这被指定为相邻通道泄漏比（ACLR），应至少为-50dBc。

图4.具有预失真线性化的PA输出特性。

两种常用的有源线性化类型是数字预失真（DPD）和射频功率放大器线性化（RFPAL）。

DPD

如图5所示，数字预失真（DPD）将预失真校正信号添加到信号链中最早点（即数字基带）的所需信号中。

图5.数字预失真系统实现。

DPD系统可以通过多种方式实现。虽然提供完全集成的版本（包括基带、数字和RF），但某些解决方案具有独立的数字基带和分立RF。另一种变体包括带有RF收发器（和DPD观察路径）的FPGA。然而，收发器的工作频率是输入信号带宽的5倍，这大大增加了设计复杂性、尺寸和功耗（典型值为5W），这使得DPD不适合在小型低功耗应用中使用。

RFPAL

下面的图6显示了使用称为RFPAL的替代有源线性化预失真技术的系统的高级框图。

图6.射频预失真系统实现。

使用独立射频在/射频外架构和自适应RF预失真技术，这种方法允许校正信号仅在需要的点（即PA的输入）注入。这意味着系统可以使用更简单、更小的发射器和基带架构在较低的频率（输入信号带宽）下工作，比DPD系统需要更少的功率。直到最近，使用RFPAL的最大线性化输入通道带宽仅为60MHz。 图7显示了克服这一限制的新型RFPAL IC。

图7.SC1905 RFPAL典型应用电路。

该产品的工作频率范围高达3.8GHz，具有高达100MHz的线性化输入信号带宽。功耗仅为1280mW，与DPD解决方案相比，功耗降低了70%。图8显示了使用该线性化器的典型PA测得的ACLR和效率性能（5个非连续20MHz LTE通道，10dB PAR）。

图8.使用 SC1905 RFPAL 的 PA ACLR。

对于37dBm的输出功率电平，PA在-50dB ACLR时的效率为23%（在没有RFPAL的情况下ACLR改进~8dB）。此外，由于该RFPAL器件已通过几种常用PA（包括A类、AB类和Doherty）进行了评估，因此它有效地代表了“即插即用”解决方案，降低了设计复杂性、周期持续时间和风险。该 IC 采用 9mm x 9mm QFN 封装，解决方案总尺寸（包括电源、散热器和外壳）仅为 6.5cm2.此外，如果需要，可以使用混频器对线性化PA信号进行上变频，适用于高达6GHz的应用。

结论

5G电信设备将需要以比以往更高的带宽和更高的效率运行。所用PA的线性度和效率将是满足这些要求的关键。在本设计解决方案中，我们考虑了一些最常见的PA线性化技术。我们已经证明，退避不适合在5G设计中使用，但使用DPD作为有源线性化的一种形式可以提高整体线性度和效率。然而，这是一项高度复杂的技术，导致整体系统功耗增加，解决方案尺寸更大。我们可以得出结论，使用小型即插即用RFPAL IC可以实现更简单、更低功耗的线性化形式，从而提高输入信号带宽高达100MHz的PA效率。它适用于各种应用中不同架构（A/AB/Doherty）、工艺（GaAs、GaN、InGa）和频率（698MHz至3.8GHz）的PA。这使其成为5G无线蜂窝基础设施和其他应用的最佳选择。

审核编辑：郭婷