RF高功率线性PA原理介绍(数字预失真)) LPA-P2原理介绍

DTU(检测单元）
• DU负责完成系统主环对消取样信号RF6、正向输出取样信号RF8、 反向输出取样信号RF9的功率检测，以及利用中频滤波接收机方 案配合CU实现系统的频道搜索和互调功率检测等功能，包括主 环对消检测模块 ，输出反射功率检测模块，正向输出信号和交 调信号检测模块 。 • 检测单元（DU）是系统的状态检测核心，接受延时滤波器单元 （DFU）来的正向输出取样信号RF8和输出反向信号RF9以及误差 放大单元（EAU）馈入的误差取样信号RF6；并将 正向输出功 率检测电压Vfp、输出反射功率检测电压Vrp、主环对消检测电 压Vmc、误差环对消检测电压Vec以及频率合成器失锁指示信号 LD送给控制单元（CU）；同时，CU还提供控制DU数字合成频率 输出的SPI串行数据总线（包括数据线DATA、时钟线CLK和片选 线LE）和用于调谐DU中频检测通道增益的中频增益控制电压Vgc， 另外DU内部电路使用的+12V电源是由控制单元（CU）提供的。
DTU(检测单元）
主环对消检测模块 RF6 AD8362 Vmc
正向输出信号和交调信号检测模块 10dB RF8 RFsa
AD8362
-10dB
10dB
Fra Baidu bibliotek
-25dB -7dB 13dB
-11dB
-3dB~-20dB -3dB~-20dB -11dB 24dB 32dB 13dB AD8307
Vec
LO PLL
CCU（载波对消单元）
RF5 +12V
10dB
RF6
ERA-5
RF4
• CCB是主环对消的实现部件，它应该完成主环的载波信号抵消 及误差信号初级放大和取样等功能
10dB
RF2
CCU（载波对消单元）
• CCB单板的原理较为简单，设计实现容 易。定向耦合器选用Anaren公司的10dB 定向耦合1D1304-10，射频放大器选用 Mini-circuits公司的ERA-5SM，射频端 口参见硬件总体框图 ，RF2所经过的延 时线由一节外加工部件长度约为4m电缆 实现，安装在CCU内部。
数字接收自适应控制技术原理
RF
ADC
PLL
Vac Vpc
图3 数字接收自适应控制技术原理框图
DAC
M C U
DAC
数字接收自适应控制技术原理
• 数字接收自适应控制技术是通过中频滤 波接收检测信号对消效果，并结合高速 数字信号处理实现精确、及时的环路控 制的信号处理技术，这种技术主要用于 误差环的自适应控制过程 。
硬件总体框图
RFin 主功率放大 RF3 输入分路单元 RF1 单元 （ISU） （MPAU）
Voc Vpc1 Vac1
延时滤波器单元 （DFU） RF7 RF8 RF6 RF9
RFout
RF4
后面板 接口 -48V
RF2
误差放大 载波抵消单元 RF5 单元 （CCU） （EAU） 5 Vt Vac2 控制单元 （CU） Vpc2
正向输出信号和交调信号检测模块
• 系统输出正向功率检测：将延时滤波器送来 的系统输出正向功率取样信号RF8通过功率检 测得到相应的直流检测电压Vfp； • 系统输出取样信号Rfsa为RF8输入，通过一个 10dB耦合器取样输出。 • 交调信号检测采用接收机原理， 利用下变频 到中频利于交调信号提取检测的实现。
输入分路单元（ISU）
• 电调衰减器选用ALPHA公司生产的线性电调 衰减器AV104 ,该衰减器具有封装尺寸小、功 耗低、动态范围大等特点 • 移相器是由3dB/90度耦合器1D1304-3和变容 二极管SMV1249构成的反射式移相器,为了使 手调移相器的移相量达到360度，采用了3级 移相器串联的方法，这样既保证了移相量， 又不至于使群时延特性变坏。 • 功率检测采用AD公司的功率检测芯片AD8362。 该芯片检测的动态范围大，输出电压按dB线 性输出，控制方便。
延时滤波器单元（DFU）
• DFU将采用一个外协订做的一体化整件，实现主功放 输出信号的取样、延时以及误差信号的注入和系统输 出口的正向传输与反向驻波反射功率的取样等功能。 电路原理如图所示。
RF3
RFout
RF4
RF7
RF8
RF9
PU(电源单元）
• 电源单元从基站系统接受-48V电源，通过3个DC-DC模块输出 +28V、+12V，+5V电源，为线性功放系统提供工作电压，并监 视+28V工作电压，配合CU实现LPA-P2线性功率放大器的电源 告警（过压和欠压）保护功能；同时可以接收CU提供的控制信 号，开/关+28V和+12V输出
正向输出信号和交调信号检测模块
• 中频滤波指标要求-75dBc@1.845MHz，选择Epcos公司的LJ64C 声表滤波器，中心频率141MHz； • 功率检测器件选用了AD公司的AD8307，它的工作带宽从 DC~500MHz，可以满足我们的要求，很大的输入动态范围， 90dB左右（-75dBm~+17dBm），检测斜率和起点可调； • 选择了振荡频率为19.2Mhz，频率稳定度为6ppm的温补晶振，及 锁相环LM2316TMX实现30KHz的数字步进和10ppm的频率稳定 度 ，压控振荡器采用MVCO780； • 采用压控衰减器AF002N2-32实现中频AGC功能。
数字接收自适应控制技术原理
• MCU则监测互调对消剩余量，调整经过两路独立 的DAC和运放输出的控制电压Vac和Vpc，分别自适 应调谐误差放大通道的增益和相移量，进而稳定保持 满足系统需要的互调对消效果，实现整机的线性指标。 由于系统的工作载频频道号是可变的，互调信号的频 率位置也是可变的，因此，MCU还要根据载频信道 号设置PLL输出的LO频率，以保证中频滤波器的中心 频率始终对准RF与LO的差频信号中对应于互调频率 分量的位置，即确保中频滤波鉴出的是准确的、有代 表性的互调分量信息。
LPA-P2介绍
• 系统原理 • 主要技术 • 单板原理
系统原理
• 由于CDMA2000系统的宽带调制和MC 运行特点，作为BTS下行发射通道的功 率驱动装置——射频功率放大器，必需 采用具有超线性功率放大性能的LPA。 本产品正是专门为满足此应用进行设计 的。 • 在本产品设计中主要采用了前馈技术和 数字接收自适应控制技术。
输出反射功率检测模块
• 将延时滤波器送来的系统输出反向功率 取样信号RF9通过功率检测得到相应的 直流检测电压Vrp ； • 类似于上述的主环对消检测模块，也采 用AD8362进行功率检测，反射信号功率 的动态范围为-28dBm~16dBm，加适当 的π 型衰减可以让AD8362工作在合适的 状态。
检测单元 （DU）
RFsa
+12V
+28V
+5V
Vip 电源单元 （PU） S12 Ev S28
Vmc Vec Vfp Vrp
DATA CLK LE LD Vgc
系统组成
• 分成2个子系统，8个模块 • RS子系统： 包括ISU(输入分路单元）、CCU(载波对 消单元）、DTU(检测单元）、EAU(误 差放大单元）、MPAU(主放大单元）、 DFU（延时滤波单元） • CS子系统： 包括CU(控制单元）、PU(供电单元）
MPAU(主功放单元）
RF1 RF3
VCO Voc 温度传感器 Vt
MPAU(主功放单元）
• 考虑到既要满足主功放输出47.4dBm的功率和ACPR 的要求，又要达到16.37℅的输出效率，对于目前的微 波功率管来说单管无法实现。所以，主功放中采用了 推挽放大的功率合成技术。由于MRF9210是对管推挽 工作，输出要有平衡非平转换，本方案所用器件 3A425对二次谐波有很大拟制作用，对达到指标有保 证。 • 末级用两个MOTOROLA的MRF9210合成，这种方案 的回退量比较小，约8.2dB，因此效率应该比较高 ， 采用BGF802-20做末前级放大器；用两级FIACO公司 的A类射频放大器AH1做推动级放大器 。
输入分路单元（ISU）
RF1 RFin
+12V AD8362
Vip
+5V +12V
RF2
Vpc1
Vac1
ISU原理框图
输入分路单元（ISU）
• 该单板的功能是将输入的信号功率取样检测 （直流电平）给CU，并对输入信号放大进行 功分，一路去CCB作为载频抵消的输入基准 信号，另一路通过手动和电调控制的移相、 衰减调整后送给MPAU，作为主功率放大的输 入信号。 • ISB既是系统输入信号的同相等分功能实现部 件，也是主环的移相和增益调整功能实现部 件，其关键技术就是电调移相和电调衰减电 路的实现技术。
MPAU(主功放单元）
• 本单元是线性功放的关键部分，负责将信号 放大到要求的功率，同时要求很高的线性度。 来自ISU单元中的功率信号经主功率放大单元 放大后进入DFU，并由PU单元供给主功率放大 单元+12V电源和+28V电源，同时取出温度取 样电压给CU，接受CU的控制信号Voc控制误差 导频输出。 •
数字接收自适应控制技术原理
• 采用中频滤波的接收机技术
由于LPA输出取样信号中载波信号的幅度远大于对消剩余的 失真信号，所以要检测失真信号的对消效果，必须首先足够地 抑制掉取样信号中的载波信号成分，而这种抑制在射频领域是 非常难以实现的 ，因此采用中频滤波的接收机技术检测处于大 信号干扰下的互调失真信号抵消效果。 取样来自RF信号经过一定衰减后，与PLL输出的LO信号混 频降到中频频率，再通过中频SAW滤波器带通滤除载频信号功 率（为保证足够的带外抑制性能，中频滤波将采用两级SAW滤 波器级联实现），并通过检波和ADC提供数字量的互调对消剩 余信息给MCU。
EAU(误差放大单元）
• 作为前馈线性功率放大器的一个重要组成部 分，误差功放需要完成对提取的主功放产生 的交调信号进行线性放大，通过对幅度和相 位进行调节，放大后的交调信号用于对消主 功放产生的交调信号。误差功放对前馈功放 中交调的改善效果起着至关重要的作用，而 “线性放大”则是误差功放之关键，采用功 率回退技术实现线性指标，为了兼顾线性度、 效率及可生产性的要求，末级功率放大采用 AB类功率放大形式；其余放大器均选用A类放 大器或模块。
Vgc DATA CLK LE LD
Vfp
输出反射功率检测模块 RF9 AD8362 Vrp
主环对消检测模块
• 将CCU送来的主环对消取样信号RF6通过功率检测得到 相应的直流检测电压Vmc • 主环对消检测模块是对载波抵消后的信号进行功率检 测，采用AD公司的AD8362，这是1个宽带RMS均方 根检波器； • 前面的π 型网络用来调整板间一致性，并可适当地将 信号动态移动到合适的位置； • 声表滤波器是主要是为了抑制系统输入信号中工作频 带外存在的、远端的杂散信号（譬如收发信机中的本 振泄漏）对主环对消结果检测的干扰，采用了一般通 用的前向通道射频带通滤波器SAWTEK公司的855728。
EAU(误差放大单元）
EAU(误差放大单元）
• 如图所示，来自于载波抵消单元的载波抵消 信号RF5经π 型衰减器、电调移相器、电/手 调衰减器、EAR-5SM、手调移相器，最后再经 MHL9236及MRF9085放大后由隔离器输出。输 入端口的π 型衰减器用改善输入端的驻波比。 为了增加电调移相器和衰减器的调节范围， 一个由运算放大器实现的电平转换器将来自 于监控单元的0V~2.5V的移相和衰减控制信号 Vpc2和Vac2的电压转换成0V~5V。
前馈技术原理
• 自适应控制器则参照载波抵消器输出取样信号闭环调 整主功率放大通道的增益和相移，保证载波信号的良 好对消，得到代表主功放失真特性的误差信号；误差 信号经过自适应控制器的幅度、相位调整和误差放大 器的功率放大后，耦合引入主功放输出通道，反相抵 消主功放输出信号中的失真分量，实现前馈线性化过 程，自适应控制器同样通过闭环取样检测误差信号的 对消结果，控制误差放大通道的增益和相移量，动态 保证失真信号的良好对消效果。
前馈技术原理
A Ф RFin A Ф RFout
自适应控制器
前馈技术原理框图
前馈技术原理
• RFin经过同相等分后，一路通过自适应控制 器控制的幅度和相位调整和主功率放大器放 大输出，并由定向耦合器取样得到主功放输 出取样信号送入载波抵消器参加信号对消； • 另一路输入分路信号经过延时补偿处理（补 偿主功率放大通道的延时）后也进入载波抵 消器参加信号对消；