另一個(gè)技術(shù),是近80年前由Henri Chireix 發(fā)明并持有的專利技術(shù),通常被稱為“outphasing”(異相功率放大器,負(fù)載調(diào)制技術(shù)家族的一員),目前被富士通、恩智浦等用于提升放大器效率。它結(jié)合了兩種非線性RF功率放大器,由不同相位的信號驅(qū)動(dòng)兩個(gè)放大器。因?yàn)閷ο辔贿M(jìn)行了控制,使得當(dāng)輸出信號耦合時(shí),使用B類RF功率放大器可以實(shí)現(xiàn)效率增益。謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)技術(shù),特別是選擇適當(dāng)?shù)碾娍?,可以將系統(tǒng)優(yōu)化到一個(gè)特定的輸出幅度,這將帶來兩倍的效率提升(至少理論上如此)。
富士通去年宣布其已經(jīng)在某個(gè)功率放大器中采用了outphasing方法,集成緊湊、低損耗的功率耦合電路,并帶有一個(gè)基于DSP的相位誤差校正補(bǔ)償電路,相比現(xiàn)有放大器普遍的65%傳輸時(shí)間,該放大器傳輸時(shí)間可以超過95%。對該設(shè)計(jì)進(jìn)行測試,這種功率放大器的峰值輸出可以達(dá)到100瓦;平均電效率從50%提高到70%。
輸入信號被分成具有恒定幅度和相位變化的兩個(gè)信號。振幅依RF功率器件設(shè)定,功率耦合電路重構(gòu)源信號波形。先前,當(dāng)源信號重構(gòu)時(shí),耦合精度損失需要確定相位差,阻止了該技術(shù)的商用。富士通使用的耦合器具有更短的信號路徑,降低了損耗并增大了帶寬。
恩智浦極具前景的開發(fā)
Outphasing機(jī)制沒有負(fù)載調(diào)制效果的一個(gè)變體被稱為非線性概念的線性放大(LINC),采用一個(gè)分離耦合器和放大級驅(qū)動(dòng)到飽和,并能有效地提高線性度和峰值效率。但LINC放大器效率相對較低,因?yàn)槊總€(gè)放大器工作在一個(gè)恒定功率上,即使低RF輸出電平時(shí)也如此。Chireix修正了這一點(diǎn),通過結(jié)合outphasing和一個(gè)非分離耦合器和負(fù)載調(diào)制,從而提升了平均效率。恩智浦半導(dǎo)體公司做了進(jìn)一步提升,用outphasing控制兩個(gè)開關(guān)模式的RF放大器,使它們適應(yīng)高波峰因子信號。該公司正在將Chireixoutphasing技術(shù)與GaN HEMT開關(guān)式E類放大器結(jié)合起來(圖3)。
圖3:簡化后的Chireix 異相功率放大器結(jié)構(gòu)框圖。來源:恩智浦
恩智浦開發(fā)并獲得專利的新驅(qū)動(dòng)器技術(shù)通過控制相位關(guān)系,使放大器在約25%的帶寬上達(dá)到高效率。這引發(fā)了一種新架構(gòu),通過結(jié)合E類放大器和負(fù)載調(diào)制以在退出飽和時(shí)保持放大器的高效率,這使得它們能夠適應(yīng)各種復(fù)雜波形。恩智浦為基于GaN器件的E級RF功率放大器提供了參考設(shè)計(jì),并附帶了Chireix相關(guān)的技術(shù)資料。
包絡(luò)跟綜
另一個(gè)放大器設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)技術(shù)是包絡(luò)跟蹤,這種技術(shù)中,施加到功率放大器的電壓被連續(xù)地調(diào)整,以確保它工作在峰值區(qū)域,從而使功率最大。相對于典型功率放大器設(shè)計(jì)中DC-DC轉(zhuǎn)換器提供的固定電壓,包絡(luò)跟蹤電源以一個(gè)高帶寬、低噪聲波形調(diào)制連接到該放大器的電源,該波形則被同步到瞬時(shí)包絡(luò)信號。
在CMOS RF功率器件中使用包絡(luò)跟蹤技術(shù)具備相當(dāng)大的吸引力。Nujira多年來一直在開發(fā)這種技術(shù)。他們已經(jīng)表明,該技術(shù)能夠克服CMOS RF放大器應(yīng)用中因非線性導(dǎo)致的缺點(diǎn)。CMOS功率放大器一直被詬病是目前高PAR調(diào)制技術(shù)的一個(gè)糟糕選擇,因?yàn)樗鼈児逃械木€性度較差,這就要求它們必須回退以減小失真。當(dāng)CMOS放大器在較高的RF功率電平工作時(shí),會出現(xiàn)削波和失真。
然而,Nujira在其專有的包絡(luò)跟蹤技術(shù)中結(jié)合了其專利ISOGAIN線性化技術(shù)來消除線性問題,而無需使用DPD。使用這種技術(shù)的設(shè)備達(dá)到了高效率目標(biāo),已經(jīng)在其它方面實(shí)現(xiàn)了與GaAs同樣的性能。所有研究CMOS放大器的一個(gè)巨大好處是,CMOS器件在整個(gè)電子行業(yè)中普遍存在,有很多代工廠家支撐,因此相對便宜。因?yàn)樗诠?,也可以在功率放大器芯片上直接集成控制和偏置電路?/p>
其他完全不同的方法
另一個(gè)放大器技術(shù)由Eta Devices倡導(dǎo),這是從美國麻省理工學(xué)院剝離出來的公司,由兩位電氣工程教授Joel Dawson 和David Perreault以及愛立信和華為的一位前功放研究員共同創(chuàng)建。其不對稱多級Outphasing(AMO)技術(shù)由MIT開發(fā),該公司是由ADI公司聯(lián)合創(chuàng)始人Ray Stata和他的風(fēng)險(xiǎn)投資公司Stata Venture Partners聯(lián)合投資。
該公司的首要目標(biāo)是新興市場,包括燃料方面每年耗資150億美元的多達(dá)64萬臺的柴油發(fā)電機(jī)功率基站,其次是智能手機(jī)市場。今年二月,Eta Devices在西班牙巴塞羅那舉辦的移動(dòng)通信世界大會先進(jìn)LTE部分上展示了其Eta5設(shè)備,該設(shè)備的發(fā)射信道超過80-MHz。
評論