發射機線性度設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種發射機線性度設計方法，用于解決現有線性度設計方法系統復雜的技術問題。技術方案是驅動功放級采用Si?LDMOS器件設計功率放大器，偏置在軟開啟區。末級功放的主功放偏置在深AB類且采用平衡式結構，驅動功放柵極1偏置在軟開啟區，當功放1#和功放2#的三階系數成為相反數時，兩路功放產生的三階交調反相抵消。末級功放設計采用Si?LDMOS器件，功放1#增益開始壓縮的時候，功放2#補償整個系統的增益。本發明利用晶體管自身的特性改善發射機線性度，在降低系統復雜性的同時，沒有對信號本身進行數字處理。經測試，發射機鏈路在效率為39%的前提下，線性度IMD3改善為-45dBc。
【專利說明】發射機線性度設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種線性度設計方法，特別是涉及一種發射機線性度設計方法。
【背景技術】
[0002]線性度是功率放大器的核心指標，尤其對線性度和效率均有要求的發射機。滿足整機線性度，一直是設計師需要考慮的首要問題。
[0003]現代調幅通信系統中，需要在提高效率的同時兼顧線性度。對于民用通信中，通常采用基帶數字處理等方法改善線性度，保證功率放大器能夠較高效率工作。對于某些特定應用環境中，不能借助數字方法來改善線性度，而且單個功率放大器本身效率和線性度很難折中，實際中常采用回退的方法滿足線性度要求，意味著效率極其低下。文獻“Independently controllable3rd-and5th_order analog predistortion linearizerfor RF power amplifier in GSM, 2004IEEE Asia-Pacific Conference on AdvancedSystem Integrated Circuits (AP-ASIC2004), 2004，pl46_149” 公開了一種二極管環路模擬預失真方案。該方法可以適當改善線性度，尤其是改善三階互調抑制度。但二極管、移相器和衰減器等模擬電路微波單元的加入，提升了發射機鏈路復雜度。該方法中多個額外的微波單元需要逐一調試，實現復雜。
[0004]綜上所述，現有的線性度設計方法均改變了原有的發射機鏈路或算法，加入了部分微波單元，從而增加了系統復雜度，降低了線性度設計方法的可實現性。
【發明內容】
[0005]為了克服現有線性度設計方法系統復雜的不足，本發明提供一種發射機線性度設計方法。該方法驅動功放級采用Si LDMOS器件設計功率放大器，偏置在軟開啟區。末級功放的主功放偏置在深AB類且采用平衡式結構，驅動功放柵極I偏置在軟開啟區，當功放1#和功放2#的三階系數成為相反數時，兩路功放產生的三階交調反相抵消。末級功放設計采用Si LDMOS器件，功放1#增益開始壓縮的時候，功放2#補償整個系統的增益，達到較好的功率增益平坦度，即整機的線性度改善。本發明利用晶體管自身的特性改善發射機線性度，而沒有額外電路，在降低系統復雜性的同時，沒有對信號本身進行數字處理。經測試，發射機鏈路在不影響效率的前提下可以使線性度得到改善，并且可以提高效率。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種發射機線性度設計方法，其特點是包括以下步驟:
[0007]驅動功放級采用Si LDMOS器件設計功率放大器，偏置在軟開啟區。
[0008]末級功放的主功放偏置在深AB類且采用平衡式結構，驅動功放柵極I偏置在軟開啟區，當功放1#和功放2#的三階系數成為相反數時，兩路功放產生的三階交調反相抵消。末級功放設計采用Si LDMOS器件，功放1#增益開始壓縮的時候，功放2#補償整個系統的增益，達到較好的功率增益平坦度，即整機的線性度改善。
[0009]本發明的有益效果是:該方法驅動功放級采用Si LDMOS器件設計功率放大器，偏置在軟開啟區。末級功放的主功放偏置在深AB類且采用平衡式結構，驅動功放柵極I偏置在軟開啟區，當功放1#和功放2#的三階系數成為相反數時，兩路功放產生的三階交調反相抵消。末級功放設計采用Si LDMOS器件，功放1#增益開始壓縮的時候，功放2#補償整個系統的增益，達到較好的功率增益平坦度，即整機的線性度改善。本發明利用晶體管自身的特性改善發射機線性度，而沒有額外電路，在降低系統復雜性的同時，沒有對信號本身進行數字處理。經測試，發射機鏈路在不影響效率的前提下實現了線性度改善，其中效率為39%，線性度MD3改善為-45dBc。
[0010]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是LDMOS模型中各階傳導系數與柵壓的關系曲線。
[0012]圖2是功率放大器的傳遞曲線及軟開啟區附近的傳遞曲線。
[0013]圖3是功率放大器“軟開啟區”的增益特性曲線。
[0014]圖4是單級放大器甜點現象。
[0015]圖5是本發明方法實施實例級聯電路原理框圖。
[0016]圖6是本發明方法驅動和系統的AM-AM曲線圖。
[0017]圖7是本發明方法實施例的波形圖。
【具體實施方式】
[0018]參照圖1-7。本發明發射機線性度設計方法具體步驟如下。
[0019]以Si LDMOS器件為初步驗證材料，考慮驅動級的偏置和相應的匹配對整機的影響，為改善兩級或者多級放大器級聯的發射機，提供一種改善線性度的設計方法。“甜點”給予作者啟示，對于兩個或多個功放級聯，不用苛刻的調節單個功率放大器的G3和G5 (非線性傳導系數)等系數，而是通過適當設計和調節多級放大器的多個可變量應能達到同樣效果，而且值域更廣。從圖1可以看出，當功率器件柵壓偏置在AB類(功放的靜態偏置類型)區域時，G3和G5符號相反，可實現失真抵消。這里仿真驅動級采用的Si LDMOS器件設計功率放大器，偏置在深度AB類(軟開啟區)，圖2展示出功率器件的柵壓-漏極電流傳遞曲線，以及“軟開啟區”在傳遞曲線的位置。圖3顯示當處于軟開啟的時候，功率放大器具有增益擴張。圖4顯示當柵極偏置為2.1V，三階互調呈現“凹陷”形狀，即出現“甜點”區域。
[0020]圖5中，末級功放的主功放偏置在深AB類且采用平衡式結構(功放1#和功放2#相同，采用平衡結構與
【發明內容】
無關，僅為了級間有較好隔離度)。驅動功放柵極I偏置在圖2所示的器件軟開啟區域，當它們的三階系數成為相反數時，兩路功放產生的三階交調可以反相抵消。末級功放設計也采用Si LDMOS器件，末級放大器輸出功率在接近IdB壓縮點的時候，增益開始壓縮，導致線性急劇惡化。若能在一個功放增益開始壓縮的時候，另一個功放補償整個系統的增益，達到較好的功率增益平坦度，也即整機的線性度改善。
[0021]圖6展示通過MATLAB控制矢量信號源，采集頻譜分析儀數據，在同一條件下(輸入功率、偏置等條件均一致)，對驅動功放和整機分別進行建模，得到驅動和整機級聯AM-AM特性曲線。可知在某一輸入功率下，驅動功放已經開始壓縮，而整機的增益曲線依舊平坦，也就解釋了驅動輸出的線性度比整機輸出的線性度要差。[0022]本發明將發射機多級放大器考慮為整體，并通過合理控制各級放大器的柵極電壓，達到線性度提升。
[0023]本發明中驅動和末級功率放大器可以采用除Si LDMOS材料外的其他器件實現，只要具有柵極電壓改變增益曲線的特征即可。
[0024]本發明不限于兩級發射機系統，對于具有近似增益特性(增益可呈現擴張變化)的多級發射機放大鏈路都可以采用該電路設計方法來實現。
[0025]能夠了解LDMOS器件各階互調分量(主要為3階、5階)傳遞導數與柵壓的數學對應關系。參照圖2，給出了實際LDMOS功率器件漏極電流隨柵壓的變化曲線，以及功率器件自身的軟開啟特性。在“軟開啟區”，柵極電壓與漏極電流很明顯地呈現出非線性關系。參照圖3，當柵極電壓偏置于“軟開啟區”時，功率器件的增益曲線隨柵極電壓的不同，呈現出不同的變化趨勢，其中以增益擴展為主。參照圖4，功率器件的柵壓偏置為2.1伏時(位于“軟開啟區”)，三階互調抑制度隨輸出功率的增大，出現拐點，即線性度和輸出功率的這種區。參照圖5，描述了本發明的一個實施例原理框圖，含驅動功率放大器和末級功率放大器，器件均為LDMOS器件。參照圖6，表征了本發明的實施例的幅度-幅度變化曲線，以及驅動級的幅度-幅度變化曲線。其中驅動級呈現明顯壓縮狀態，而級聯電路呈現未明顯壓縮。參照圖7，該圖展示了本發明實施例的主要效果頻譜圖。實測頻譜顯示對于輸入信號為中心頻率2.48GHz,間隔4MHz的雙音信號，單音功率12.2dBm (雙音總功率15.2dBm),末級主功放柵壓偏置在1.95V，靜態電流140mA，調整驅動功放、末級放大器的柵極偏壓1、柵極偏壓2，使整機的線性達到一個最優值。此時驅動輸出MD3為-32dBc，而級聯發射機輸出MD3為 _45dBc，即輸入達到效果近似文獻“Independently controllable3rd-and5th-orderanalog predistortion linearizer for RF power amplifier in GSM，2004IEEEAsia-Pacific Conference on Advanced System Integrated Circuits(AP-ASIC2004)，2004，pl46-149”，且系統整機的功率附加效率保持為39%。
【權利要求】
1.一種發射機線性度設計方法，其特征在于包括以下步驟: 驅動功放級采用Si LDMOS器件設計功率放大器，偏置在軟開啟區； 末級功放的主功放偏置在深AB類且采用平衡式結構，驅動功放柵極I偏置在軟開啟區，當功放1#和功放2#的三階系數成為相反數時，兩路功放產生的三階交調反相抵消；末級功放設計采用Si LDMOS器件，功放1#增益開始壓縮的時候，功放2#補償整個系統的增益，達到較好的功率增益平坦度，即整機的線性度改善。
【文檔編號】H03F1/32GK103647516SQ201310671736
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】雷奇, 黃澤貴, 張濤, 羅嘉 申請人:中國電子科技集團公司第二十九研究所