在Nujira的高效率功放性能的验证

由肖恩·林奇的,Nujira的

功率放大器(PA)确保源的射频(RF)信号,如DVB,3G,LTE,或4G信号,是用于传输足够强大。因为功率放大器使用固定的电源电压,它们中获得最大功率无论信号的振幅,使它们对于调幅RF信号众所周知的低效率的。

包络跟踪技术可以从30%通过根据穿过该装置的RF信号动态调节放大器的电源电压加倍PA的效率为60%以上。

Nujira的的高精度跟踪(HAT™)技术,率先切实落实包络跟踪的,正在使用或评估蜂窝基础设施及终端,广播发射机,军事通信等应用领域。Coolteq.L用于手机,Coolteq.h蜂窝基站,并为Coolteq.u DVB发射器:它是三个产品线特色。我们使用MathWorks工具到这些产品线的整个开发生命周期,从研究,通过调制器的设计,验证和自动化测试。

包络跟踪技术的好处

传统的PAs所消耗的能量中有80%都是散热量。例如,蜂窝基站中的PAs占总功耗的一半。

图1所示。左:电源电压固定的功率放大器。右图:使用包络跟踪的电源电压调制。

虽然它是第一个超过60年前所描述的,包络跟踪还没有被商业应用,直到最近,主要是由于实现满足宽带信号,诸如多载波WCDMA的效率,带宽和噪声要求的电源调制器的难度,WiMAX或DVB。

Nujira的包络跟踪技术可以将PAs的效率提高一倍,并显著降低功耗,从而降低能源成本,并大大减少所需的冷却量(图1)。它还可以提供更高的设备输出功率,允许广播公司扩展现有广播塔的范围。最后,Nujira技术的宽带操作使广播公司能够使用更少的PA设计来覆盖其目标广播频谱。

Nujira的功率调制器技术

为了实现包络跟踪,调制器必须通过改变PA的电源电压,使其与发射信号同相位,使放大器工作在最有效的位置。例如,对于用40兆赫(MHz)包络线传输调制信号的基站,PA的电源电压必须以至少40兆赫的频率改变,并且必须与传输信号精确对准。

在产品设计阶段,我们使用的Simulink万博1manbetx®,通信系统工具箱™和控制系统工具箱™建模的关键功率调制器电路,然后跑了模拟项目各种调制器设计的性能。调制器模型包括关键电路,例如开关模式功率级和线性校正放大器。从信封输入到处理包络输出的原始模拟调制器的工作使我们能够预测调制器的工作效率和跟踪精度。然后,我们使用的仿真结果验证了制造产品的性能。

开发和验证数字预失真算法

实时调制PA晶体管的栅极电压会使发射信号失真,这种效果可以通过数字预失真来校正。我们的数字预失真算法应用在传输链中,产生线性化的输出,满足所有相关标准的邻近通道功率(ACP)要求。

我们开发和测试了浮点版本的数字预失真算法使用MATLAB®和信号处理工具箱™,然后使用定点工具箱转换它们固定点™在制备用于在FPGA和DSP实现。我们开发了一套测试输入和预期产出在hardware.Later实现它们之前验证算法,我们重复使用相同的测试向量,以验证该硬件所产生的相同的结果定点MATLAB实现。

调制器设计验证

在验证的第一阶段,我们使用了一个测试配置,包括一个测试基带、调制器和一个大的电阻负载。验证台包括数字万用表(DMM)、电源和示波器(图2)。所有设备都使用MATLAB和仪表控制工具箱™进行控制,通常通过GPIB总线上的可编程仪表标准命令(SCPI)实现。测试团队使用Agilent MXA信号分析仪捕获了一系列2G、3G、LTE和TDMA测试信号,然后使用MATLAB对信号进行峰值因子约简,为在测试环境中使用做好准备。

图2。2.1GHz射频验证试验台。

在接下来的验证中,我们用一个实际的PA代替了电阻负载,并在验证台上增加了一个频谱分析仪和两个USB电能表。通过这种配置,我们可以测试整个RF设置。我们提供给潜在客户的开发工具包包含相同的RF设置。它包括Coolteq开发系统和一个独立的MATLAB应用程序,该程序具有图形界面,使客户能够控制测试的每个方面(图3)。

图3.左:基于Coolteq开发系统的MATLAB产生的波形分析显示。右:Coolteq开发系统的控制面板。

系统级验证

Nujira测试团队已经为整个基带、调制器和PA链建立了一个自动化测试设备(ATE)系统。测试设置包括多个电源、电能表和DMMs,外加一个示波器和频谱分析仪(图4)。该设置使我们能够更换基带、调制器或PA以快速评估新设计。我们使用MATLAB来驱动自动测试和控制测试仪器。我们从范围和基带接收器捕获波形,然后运行MATLAB脚本来分析整个系统在不同操作点的性能,包括电压轨的范围,温度在-40到+60摄氏度之间。

图4. Nujira的的自动测试设备设置为系统级验证。

一个典型的RF波形测试需要大约50次测量。因为手动测试需要工程师为每个测试设置寄存器,所以一次运行可能需要几个小时才能手动完成。使用我们的ATE,工程师可以在几分钟内完成一次测试,并在45分钟内完成10个波形的完整回归测试。此外,与手工测试结果相比,ATE测试结果更加一致和可重复性。基于MATLAB的ATE为Nujira节省了超过100万英镑的手工测试成本。

该Coolteq.h产品线已经实现量产,现在我们正在测试的第一Coolteq.L芯片手机。MathWorks工具帮助Nujira的把这些产品从原料研发到生产系统,并已使我们能够开发出完s manbetx 845整的ATE系统的成分 - 和系统级测试。

发布时间2010 - 91845v00


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