GaN器件和AMO技术推动实现高效率和宽带宽

GaN器件和PA设计

核心开关模式(switch-mode) PA的效率决定了移相、ET和AMO等技术的最大系统效率。对于现有的无线通讯放大器，大多数最高效率的生产器件都采用GaN工艺来生产。例如，在麻省理工学院(MIT) (注2)开发的原型中使用的GaN HEMT器件(注1)?，它们在最大饱和输出功率上规定了65% (3.6 GHz) 和 > 70% (2 GHz) 的典型效率。图3所示为PA电路图，而图4是已组装的放大器照片。对于AMO应用，PA经设计在整个由阶梯式开关电源调制器提供的漏极电压范围具有良好的性能。

整体性能

一个完整的传送器(参见图5)包含了几种附加的系统成分。基带I和Q信号被传送至采用FPGA实现的数字预失真(DPD)和调制信号处理器中。在此系统中，DPD通过查找表来实现，该表是以PA上传送器在不同组合DC电平所测出的静态非线性特性来建立的。移相信道相位调制数据被传送到两个PA的数模转换器和相位调制器。振幅调制数据，以及粗略的延迟校正则驱动电源调制器电路。RF前置放大器提供了必需的驱动电平，而在输出端，组合器将PA输出汇总到一个RF输出中。

图5: 测试传送器方框图。

性能总结

AMO将单独采用移相和包络跟踪其中一种方法时所得的理想属性相结合。图6所示为四级AMO测试传送器的效率与带宽性能对比。AMO系统架构使用Class E GaN PA，与最新的DPD方案相结合，在1MHz带宽上提供了平均70%的已调制漏极效率，而在20MHz带宽上仅轻微降至68%。电源调制器损耗已包含在这一效率测量中。

图6: 在2.14GHz、100W峰值功率、7dB PAPR和ACPR > 45dBc上的效率与带宽对比。

图7显示了采用最新DPD方案的相邻信道中的频谱能量。在20MHz信道带宽上，ACPR性能大于54dBc，同时可保持68%的效率。效率与功率回退 (backoff)对比测量数据如图8所示。虽然在最大平均输出功率上，这些器件具有70%的已调制漏极效率 (包括调制器损耗)，但在功率回退上的性能可以说是更重要的。这是因为网络运营商几乎从来不在最大平均输出功率上运行他们的基站。相反地，它们通常以最大值的30至50% 工作。图8显示，对于最大平均功率的10dB功率回退，该器件系统仅损失10%的效率。对于具有7dB PAPR的信号，这实际上从峰值功率上回退了17dB。

图7: 20MHz BW, 7dB PAPR传送的频谱性能，载波频率为2.14GHz，输出功率为100W峰值。

图8: 在功率回退下的测量效率 (ACPR > 45dBc)。图中显示了四个单独的漏极电压，虚线说明了在整个功率回退范围上四级AMO如何达到系统效率。

这项技术正继续扩展其能力，专注于支持LTE和MC-GSM，实现软件定义无线电，并且迎接扩展的带宽标准比如WLAN的挑战。