射频功率放大器包络跟踪原理与测试

5、仪器同步

包络跟踪测试所面临的最大挑战是确保射频信号发生器与任意波形发生器之间的同步。当我们基于输入功率选择最优化Vcc值时可以使功率放大器的PAE达到最大，但仪器间较差的同步会使得Vcc值时可以使功率放大器的PAE达到最大，但仪器间较差的同步会使得Vcc值相对于给定的输出功率来说太高或太低。

考虑Vcc波形滞后于射频波形时的情形：当波形处于峰值功率时功率调节器将无法为设备提供足够大的功率。因此射频输出将会比期望的输出功率低几分贝。而且出现波形峰值后，功率调节器将提供远高于放大器需求的功率，导致效率降低。当Vcc先于射频波形时会出现类似的情况。射频信号发生器与任意波形发生器不仅需要同步，而且这种同步必须是可重复的。

6、基于PXI的测试解决方案

仪器同步是包络跟踪测试设备的一个重要规范。由于需要满足严格的同步要求，PXI平台无疑是应对包络跟踪测试挑战的理想选择。在PXI测试系统中，模块化仪器之间通过包含若干条时钟和触发分发线的机箱背板互连。这种单机箱集成简化了仪器安置并提高了系统的同步性。除了PXI的先进硬件和NI矢量信号收发器外，LabVIEW软件环境也提供了实时生成和可视化信号的功能，助您提高应用程序的开发和测试效率。

包络跟踪功率放大器通常必须与RF信号发生器结合使用，且Vcc同步抖动需小于1 ns，这就要求测试设备的抖动必须远远低于这个值——最好是100 ps左右。PXI可借助T-Clock的背板同步程序实现紧密同步。T-Clock是一种用于对齐采样时钟和启动触发器的机制，以使所有设备同步生成信号。例如，NI PXIe-5451 AWG 和NI PXIe-5644R矢量信号收发器经过基准测试，可实现低于50 ps的最大同步抖动，因而可满足这一需求。

实现射频信号发生器与任意波形发生器的同步只是我们所面临的一部分挑战。经调制的Vcc信号和RF波形在到达不同的放大器前经由不同的路径，因而具有不同的延迟。因此，以编程方式来使Vcc波形滞后或先于RF信号对于在放大器处以纳秒级偏斜对齐调制电源和RF信号是非常重要的。

使Vcc信号以任意波形发生器样本的整数倍相对于RF信号延迟的一种简单方法是在生成脚本的开头嵌入‘等待’循环。为了获得更精准的延迟，可以使用数字滤波器调节矢量信号收发仪中FPGA上软件或硬件的RF波形。采用硬件方法的优势在于其执行时移的速度远快于同等的软件滤波器，从而减少了确定任意波形发生器和矢量信号收发仪之间最佳对齐所需的时间。在400MS/S的额定Vcc采样率下，可以实现任意皮秒级的延迟。

该测量装置需要的最后一个测试元件是能够供电和测量的电源。由于功率放大器需要较高的转换速度，该应用往往更倾向于使用电池模拟器，而不是标准源测量单元。注意在某些情况下，如果要对具有MIPI接口的功率放大器进行数字控制，还需要能够在1.8v下产生高达26MHz波形的高速数字波形产生器。

7、结果验证

使用高带宽数字化仪来验证Vcc和射频信号之间的同步是最为直接的方法。在本例中，我们分别将NI PXIe-5644R矢量信号收发仪和NI PXIe-5451任意波形发生器接到2.5 GS/s数字化仪的两个通道。根据图2中的Vcc -Pout 查询表，矢量信号发生器可在800MHz的条件下产生10 MHz LTE FDD上行波形。首次运行时，由于两个仪器内的线路和DSP延迟，两种波形的时间差大约为1µs。根据前面介绍的延时算法，我们可以通过结合等待采样和子采样延迟来使两种波形对齐。

图8展示了上述结果，在该图中，我们对Vcc波形进行缩放，使其与射频波形处于同一量级，以便进行比较。图中显示两组波形相互对齐，但更重要的是，这种关系即使在程序不断运行时一直能保持，即便重启系统也是如此。

图8、PAE最优化的Vcc波形与RF波形同步

在放大器的输入端，可以借助高速数字化仪对两种波形的对齐程度进行目测检查，但这样无法测量放大器的性能。前面我们论述了同步的重要性，Vcc在放大器的输入端，可以借助高速数字化仪对两种波形的对齐程度进行目测检查，但这样无法测量放大器的性能。前面我们论述了同步的重要性，Vcc和射频的最优化对齐。邻近信道功率衰减量根据设备而异，但在对同步进行最佳校准后使用射频信号分析仪可以大大优化测量结果。

8、结论

过去十年中，包络跟踪技术经证明可以提高蜂窝基站中功率放大器的效率以及减少损失的能量转化为热量而导致的冷却需求。由于无线标准的不断发展，移动手持设备制造商正在寻求利用包络跟踪技术来获得类似的优势。虽然相比固定电源，包络跟踪技术可大幅节约电能，延长电池的寿命，但它确实也给功率放大器的设计人员和测试工程师们带来了巨大的挑战。本文所述的基于PXI的测试方案可解决测量工作中最关键的挑战，而且测量结果证明这是一个非常出色的ET PA测试方案。