射频功放的参数

PA，Power amplifier ，功率放大器，放大射频信号送到天线，通过天线发射使其往远处发送。PA是手机射频电路的核心，发射大功率的功放，接收端XCV中的LNA均是PA。

一个PA规格书要了解一些什么样的参数。

1 制程工艺，涉及PA价格高低

2.工作电压，低电压工作较省电

3.频率范围，不同的频率其参数都是不同的

4.封装，看其封装是否符合自己的要求

5.操作温度，需要明白该器件使用的事宜

6.Gain, G(dB)=10log(Pout/Pin)=S21(dB)

7.Output 1dB

8.Output IP3

9.Noise Figure

10.Reverse Isolation

11.Power Supply

12.12.Power Consumption，即用多大的电压消耗多少的电流

13.看其中的曲线图示时一定要注意该曲线的测试条件，如电压。

上图可以看出，在输入信号不断加大的情况下，如何达到1dB压缩点的话，再怎么输入功率，也不会对输出功率有提升。

**PA **MN小经验

看其Demo的电路，可以帮助设计。一点点经验，“小”值元件通常用来做MN (Matching Network)，如电感，15nH的电感对900M来说不算大，所以是MN元件，1.5p对900M来说不算大，是MN元件。22pF对900M就是大电容用于耦合即Short(短路)高频信号。另外，复阻抗为容性的IC比较多，所以经常要用到电感匹配。

Gain flatness

G(dB)=10log(Pout/Pin)=S 21 (dB)

一般的Gain都是MN后的Gain，这一点一定要注意。Gain会随输入信号的不同而变。Gain不同的话就会使得不同频率的信号出现AM调制，因为信号进去是一个band的信号，所以Gain需要有flatness要求，Gain的flatness通常要求为±1dB。

Noise Figure

NF(dB)=10log[(Si/Ni)/(So/No)]

No一般会比较大，因为除了Input的Noise外，还有PA本身产生的Noise也会被放大，所以So/No比较小，而Sin/Nin会比较大，所以NF就会比较大。

通常频率越高NF一般会越大。

OIP3&IIP3

放大器看OIP3;Mixer看IIP3

PIP3-P1dB=10.63(dB)来评估PIP3，P1dB是否符合要求。

每个元件有很多规格参数，需要一一去里了解，这样才能在出现问题时有思考的方向。

Polar&Linear PA

EDGE PA两大主流：

1.线性PA

2.Polar PA

极化调制（Polar）的优点是：效率高，因为工作在饱和区。

缺点自然是：线性不好，EVM等参数差点。

Linear和Polar的不一样不只体现在PA上，还和Transceiver有关系，必须配套使用。

Linear是指8PSK调制中的幅度和相位调制都在Transceiver中完成 ，PA就像CDMA的PA一样光做放大，增益是固定的。因为8PSK的峰均比关系，所以必须要求PA线性度比较好。

Polar是指8PSK调制中的相位调制在Transceiver中完成，幅度调制在PA上通过Vramp来控制PA增益来完成，所以输入信号对PA来说峰均比是很小的 。而且频谱的展开是因为主动增加了调制信息，所以就更GSM的PA差不多。

Linear的方案比较容易实现，Polar的要对路径上的Phase信息进行补偿，做不好的话容易导致调制有问题，还要考虑Phase补偿在不同温度等情况下的不同，整体方案比较复杂。

Polar PA可以工作在AB内等非线性状态效率比Linear高，Linear的效率理论上最高也才25%，但是Polar系统由于比较复杂，所以成本比linear系统高。

高通平台经常会见到说Polar PA和Linear PA，两者最主要的区别体现在功率VS电压曲线上，如下图。

PolarPA可以工作在非线性饱和区，比Linear PA效率高。但是实现结构复杂，PA TX校准算法也复杂，成本比Linear PA高。

** 一般Polar PA操作时没有Gain的状态，只有一根Volt VS Pwr曲线** 。

对GSM来说，曲线取值的区域一般-25dbm到34dbm的动态范围，对应可以得到-25dbm和34dbm对应的Volt电压值，再对应到基带DAC的Digital Value，最后，我们得到的就是DAC VS POWER曲线。

** 在-25dbm到34dbm对应的DAC值内，分若干点，没两点之间进行线性插值，就可以近似描出和实际曲线十分相近的DAC VS POWER曲线** ，这样就可以获得PA Profile表了。也就是一般我们所说的GSM PA Profile校准。

GSM TX POWER VS PCL就是根据实际PCL对应的功率，进行查表，从而获得和该PCL对应功率最相近的DAC，按照这个DAC值输出的电压加到PA上，就 形成了所要的发射功率。 而 线性PA没有这个Profile表，对应的是一个功率范围 ，如图：

基带来说， Linear PA的控制电压变成了两根控制线，分别控制Linear PA的功率输出范围。在控制上，体现的就是功率切换点的设置 。合理的设置功率切换点，可以在PA发射时节省电流，因为同样的功率，在不同的功率输出状态下，PA的耗电流是不一样的。

如对GSM Low band来说，Low power mode下16dbm的耗电流就小于MPM下16dbm的耗电流。Polar PA和Linear PA各有各的优点，但发展来看，Linear PA是主流。

其实对于linear PA也是分段线性，并不是绝对线性，所以linear PA才会分成几个Power Mode，每个Power Mode的动态范围是不一样的。这就说明这一段动态范围内，PA的线性度最好。

Phase Path就是从Transceiver TX_LB/HB过来的信号。一般功率在6dbm到10dbm之间，而polar pa一般要求是0到6dbm， 所以通常在XCV到PA之间都加衰减网络 ，最常用的就是50ohm电阻π型衰减网络3到6db不等，看XCV实际的输出功率大小了。

Envelope Path就是我们所说的VRAMP ，示波器看到的类似PWM，对应的就是PVT中rising edge和falling edge。功率越大，RAMP脉冲的峰值越大。

由于RAMP是按照TX Burst形式发射，按照GMSK要求，每个TDMA Frame中只能有1个 TX Burst （通话状态下），每个TDMA Fame的时间是 4.6ms ，故如果PCB做不好，会对音频产生****1/4.6=217Hz 的干扰信号，这就是所谓的音频通路出现的射频干扰 。

此外，大功率发射时，还会对VBAT电压产生暂时的 Voltage Drop ，会影响一些由VBAT供电的器件，所以在Polar PA的供电处，回放一颗大电容，缓冲PA大功率发射时产生的 Volt Drop 。

Envelope path的作用就是让发射功率形成包络，以满足Switch Specturm的要求。

Linear PA中，Phase和Envelope组合到了一起，功率发射时，由Gain State进行平滑过渡，可以避免Polar PA产生的Voltage Drop现象。Polar PA的输入是恒定的功率，而Linear PA的输入是可变的功率，如下图。

Linear PA的Po减去增益就是Linear PA的输入。当然Tansceiver到PA之间的衰减网络取决于Transceiver输出功率的大小。如果能满足PA的要求，衰减网络就不需要了。

Power Consumption

根据Agilent的研究， 在大部分的条件下 ， 强调提升最大输出功率的效率仅能些微地提升通话时间 。

根据CDMA系统中手机实际运作的输出功率分配图， 无论是在都会区 (Urban) 或者是在郊区 (Suburban) ，手机使用机率最高时的输出功率， 都集中于 -10dBm ～ +10dBm的中低 功率 ( M id/ **L****ow Power **R ange) ，反而 以往一直强调最大输出功率的机会，仅仅发生在郊区的少部分时间 。

因此 改善高输出功率时 ( H**igh Power R ange) **的PAE 对系统通话时间的提升并不显著 。若能有效提升使用机率最高时的中间输出功率(MediumPower Range，-10dBm～+10dBm)的附加功率效率PAE，必定能延长手机的通话时间；而提升效率的方法有很多，最直接的办法就是降低该输出功率时的耗电流。

所以在耗电流这块，主要的焦点还是要放在 -10dBm ～ +10dBm****这个区间。

实际中的经验是很多运营商可能会要求 -10dBm～+10dBm这个区间， Vodafone的3G Talk的功耗都是在0和10dBm时候评估的。

国内大厂在调试PAE时候应该也是以10dm为标准，小手机公司可能会以Max Power的电流为主优化PAE。

PAE

PAE=(输出功率-输入功率)/直流消耗功率,PA主要是优化了耗电流,同时减小Tx路径辐射干扰,保证功率足够。大电流意味着Microstrip周围有较强的电磁场,优化电流,减小辐射。

根据PA Load-pull调试PAE,因为WCDMA/CDMA是类噪声信号,而VNA发出的信号为CW,所以会有VNA无源调试良好,但有源测试时候有差别的现象,所以还需进行微调。

在Smith chart上针对不同的输入功率，每给定一个输入功率时绘制出在不同负载阻抗时的等输出功率曲线(Power contours)，帮助找出最大功率时的最佳负载阻抗，这种方法称为Load-Pull。

手机PA所要做的调试就是根据厂商提供的Load-pull曲线来优化其输出匹配，改善Tx Power，ACPR/ACLR和PAE的综合性能，主要是要做好相关参数的平衡。