导航:| 针对EDGE网络设计的B5PL极性环射频发射器架构 |
| TTPCom有限公司 Patrick Wurm |
| 摘 要：EDGE技术采用高效的8PSK(8进制相移键控)调制码方案，然而这也令为GSM手机设计出合适的射频芯片架构的工作变得愈加复杂。与GMSK(高斯滤波最小频移键控)发射器不同的是，EDGE收发器必须在全部功率电平范围内满足线性要求。本文讲述了一个像极性环(Polar Loop)这样的反馈系统是如何达到所需要的线性化效果的。B5PL是一种基于极性环的射频芯片，它能够使功率放大器工作在一个高效的模式下。极性环具有预失真相位和幅度信号能力，能够有效补偿由功率放大器导入的AM-AM和AM-PM失真。射频芯片和功放模块组成一个紧凑的系统解决方案，能够解决其他射频架构不能解决的所有问题。B5PL具有低接收频带噪声、功率控制线性化、精确幅度跟踪、低寄生内容、极低的负载偏移灵敏度、发射VCO(压控振荡器)锁相等很多特性。现在，B5PL是符合所有3GPP技术规范的一种相当流行的射频产品并且已经经过了FTA认证。 关键词：射频芯片;极性环;线性化;蜂窝移动电话;EDGE;8PSK。 |
导言 ● B5PL EDGE射频芯片---EDGE技术虽然基于传统的TDMA/FDMA系统，却可以提供最高达到473.6kbps的数据传输速率，并且能够让大多数3G应用运行在相对便宜的2.5G系统上，所以EDGE手机能够在2005年和2006年占有很大的市场份额。目前的EDGE手机能够在GSM850/GSM900/DCS1800/PCS1900四频上支持8PSK和GMSK调制标准。 ---在EDGE模式下，8PSK编码产生一个非常数的包络信号，而有用信息就包含在包络的相位和幅度里面。在变化超过16.8DB的包络里面，符号散布在围绕原点的不同圆环上面。因此，极性环架构就很自然地成为传输8PSK调制信号的一种选择。本文讲述了在功率放大器中，极性环架构是如何更方便地恢复相位和幅度信号，并介绍了B5PL射频解决方案的特性。 ● 直面新的挑战 ---在只有GMSK模式下，因为在高功率电平下功率放大器处于饱和状态，所以可以得到比较高的效率。但是这样的系统在EDGE平台上并不适用，因为16.8dB的包络变化需要射频发射器线性化程度很高，所以在传统的GMSK架构简单地增加一个EDGE射频放大器的结构，很难在在线性度和效率之间取得平衡。 ---得益于反馈系统能够将以射频输出为模型的信号输出到I&Q输入，极性环架构是一种非常好的解决方案。由于极性环能够连续地对功率放大器的非线性效果(AM-AM和AM-PM)进行补偿，所以它被认为是适合传输EDGE信号的一种预失真技术，其线性化效果如图1所示。 EDGE极性环架构
---相位回路首先通过模拟相位检测器(APD)或者模拟相位检测器(DPD)，然后通过同一个外部元件构成的相位调制回路滤波器。8PSK的包络则通过限幅放大器去除。 ---数字相位回路利用数字相位检测器并一直从发送VCO输出(子回路)得到反馈。 ---模拟相位回路利用一个模拟相位检测器，具有更好的噪声极小值性能。在GMSK模式下，它从发送VCO输出(子回路)得到反馈，而在EDGE模式下则从功率放大器(主回路)得到反馈。 ---数字相位/频率检测器是用来在初始情况下将功率放大器回路与子回路相锁。在将处理交给模拟相位检测器之前的几毫秒里，数字检测器激活并执行一个快速地频率和相位捕获动作。 ---相位回路滤波器的设计要求能够提供足够的带宽并充分过滤掉接收频段噪声。检测器利用充电泵电流源穿过相位调制器芯片外的电容提供电压驱动。 ---相位回路开始运行的时候处于“时隙外”(out-of-slot)模式，大约经过几毫秒后进入“时隙内”(inter-slot)时期。首先，DPD利用子回路锁定了信道的传输VCO频率，接下来的顺序根据调制模式而有所不同。在GMSK模式下，DPD立刻利用子回路将处理权交接给APD。在EDGE模式下，幅度回路需要打开并锁定在需要的功率电平上，之后才会将处理权交由APD并且信号利用主反馈路径。 ---与交接相关的相位时间最少大约可以小到1.5ms，并且只占用很低的功率水平(在-10dBm～0dBm范围内)。所以，切换的瞬间变换没有太大的影响。 ● 幅度回路 ---在GMSK模式下，没有幅度回路的参与，因为RAMPDAC信号直接经过PA模块的VAPC输入控制它。 ---在EDGE模式下，幅度和相位环路都需要功率放大器(主回路)输出的反馈信号。 ---AM检波器产生一个与参考信号和反馈信号包络的差值成正比的误差输出信号，此误差信号经过滤波进入一个可变增益放大器IVGA(反相可变增益放大器)。 ---由于采用的是对称的AM和PM回路滤波拓扑结构，并且是同样的回路带宽，所以可以达到最好的性能。之所以AM环路采用的是Type II回路滤波拓扑结构，是因为这种拓扑结构有很好的跟踪性能，而一个Type I的拓扑是不能够满足3GPP的要求的。在AM环路上，初始原点的极点是通过电容C1积分实现。无论如何，AM回路带宽必须保持为恒定，以防止系统可能发生不稳定的情况。 ---AM回路的输出信号是EDGE包络信号的一个近似镜像，这是因为功率放大模块包含一个幅度恢复电路，使得射频包络信号成为VAPC控制信号的一个线性函数值。所以，功率放大增益在很宽的功率水平范围内都要保持不变。整个系统设计令功率放大器工作在一个饱和模式下，从而能够在EDGE模式下得到一个很好的功率效率。 ---PA模块的输出被采样并衰减，然后下变频到中频频率范围。然后信号经过一个可变增益放大器MVGA(主可变增益放大器)，到达AM检波器的反馈输入端。 ---AM和PM回路的带宽选择取决于EVM和调制频谱性能，而1.8MHz成为一个不错的折中方案。低于1.5MHz的话，调制频谱上的一些退化效果十分明显，而大于2MHz的时候，EDGE模式下在GSM频带最大功率电平的时候，接收频带噪声电平和幅度相位回路的可用相位余量将限制AM和PM回路带宽。
---由于发送的信号是TDMA(时分多址)突发式的，必须对射频脉冲的上升下降沿或者倾斜变化轮廓有一个精确的定义，以防止与相邻的信道产生干扰。在B5PL系统里，这种情况也很容易实现，因为它有一个十分精确的功率控制系统。 ---射频输出包络信号VRFOUT与中频参考包络信号VIF的关系如下。  ---这里β是由MVGA增益决定的AM回路反馈增益，而MVGA增益又由来自模拟基带RAMPDAC的模拟控制信号VRAMPDAC决定。 测量结果
结束语 参考文献 |
---然而，改变MVGA增益会带来回路增益和AM回路带宽的改变，而这是要极力避免的。所以，IVGA增益也随之改变，以使MVGA和IVGA综合所得的结果一直保值不变。这种补偿能够保持AM回路带宽为一常量。