一种高效新型WCDMA 直放站PA方案的设计与实现

    附录：功放的非线性失真及传统模拟预失真的实现

　　功放的非线性失真特性主要由AM-AM失真、AM-PM失真两个特性来表征，如图5所示。

图5 功放的AM-AM、AM-PM特性示意图

　　为了便于分析，我们忽略功放的记忆效应，将功放的传输特性标识为：

　　Vo(t)=f[Vi(t)] (1)

　　其中Vi(t)、Vo(t)分别为功放的输入和输出电压。将该式用泰勒级数展开，取前3项，得到式(2)：

　　Vo（t）=k1Vi(t)+k2Vi2(t)+K3Vi3(t) (2)

　　为简化分析过程，我们假设输入为点频信号，即Vi=Acosω1t,则输出信号为：

　　Vo(t)=0.5K2A2+(k1A+0.75k3A3)cosω1t+0.5k2A2cos2ω1t+ 0.25k3A3cos3ω1t (3)

　　从式3可以看出，由于功放的非线性，输出信号中不仅包含有输入信号频率分量，还出现了新的直流分量、二次谐波和三次谐波分量。其中，基波分量的振幅为k1[1+0.75(k3/k1)A2]A,其中k1为线性增益，0.75k3A2是非线性失真。

　　当k3>0时，k1[1+0.75(k3/k1)A2]>k1 ,此时增益呈现扩张特性；反之，当k3< 0时，k1[1+0.75(k3/k1)A2] <k1 ,此时增益呈现压缩特性。大部分非线性器件(包括LDMOS)，其k3< 0，随着输入功率的升高会出现增益压缩现象，这就是AM-AM失真。有些非线性器件在特定的偏置状态下会出现k3>0的增益扩张特性，传统的预失真器就是要找到这样的器件来完成预失真效果。

　　AM-PM失真是指输出信号的相位随输入信号幅度的变化而变化。对于一个理想的放大器，它的输出信号的相位和输入信号的幅度无关。然而，在实际的放大器中，输入信号的幅度调制会导致输出信号的相位调制，一般用贝塞尔函数表示，如下：

　　实际表明，当输入信号为小功率信号时，功放的非线性主要以AM-AM失真为主；而当输入信号为大功率信号时，AM-PM失真较之前者对功放线性的影响更为明显。

　　功放的非线性主要是由k3<0产生增益压缩而产生的。模拟预失真的原理就是要找到一个k3>0的器件与功放串联，使两者的非线性相互抵消，使最终功放输出的信号保证在线性状态下。其原理如图6所示。

　　为了保证足够的对消效果，一般预失真都采用双环结构，其实现框图如图7所示。

图7 模拟预失真实现框图

　　其中通路III、IV构成预失真产生环路，合路后经通路V通过必要的衰减和移相再与通路I的主信号合成最终完成预失真的效果。一般通路IV上的IM3产生器的器件选择都比较严格。

　　整个电路需要IV、V两个通路同时严格的调整衰减和相位，结构比较复杂，调试难度也很高。