TD-SCDMA射頻功率放大器研究

　　功率放大器的瞬態(tài)響應不僅與器件本身有關，還與偏置電路的設計密切相關。為了更好地分析功率放大器的瞬態(tài)響應，這里根據(jù)晶體管的模型用二階R-C網(wǎng)絡來等效分析功率放大器的瞬態(tài)響應，如圖4所示。其中，C1、R1、R2代表功率晶體管的等效參數(shù)；而C2、R3、R4則是功率放大器的供電電路參數(shù)。當功率放大器打開時，控制開關J1的3腳與1腳相連，電源V1對電容進行充電，可見電路的上升時間不僅與功率晶體管的電容C1有關，還與供電電路的濾波電容C2和電阻R4有關。在實際的應用中，R4一般選取10?贅，而由于上升時間不能太大，濾波電容只能選擇pF量級的。但功率放大器關斷時，開關J1的3腳與2腳相連，此時電路通過阻值很小的電阻R3來放電，從而保證功率放大器的瞬態(tài)響應下降時間足夠短。

　　功率放大器瞬態(tài)響應上升時間與圖4中的C1、R1和R4密切相關，其中C1和R1是管子內(nèi)部的參數(shù)，由所使用的功率晶體管型決定；而R4與偏置電路有關，可以通過改變R4的大小來改變整個功率放大器的瞬態(tài)響應。圖5就是在R4的不同阻值下的功率放大器電路的瞬態(tài)響應。從圖中可以看出，當R4=10Ω時，功放的柵極偏置電壓的上升時間為0.6us；當R4=20Ω時，上升時間變?yōu)?.1us；當R4=30Ω時，上升時間為1.6us。也就是說，隨著電阻R4 阻值的增大，功率放大器柵極偏置電壓的上升時間也隨之增大。

　　圖6給出了偏置電路中R4不同取值時功率放大器的EVM測試值。從圖6可以看出，偏置電壓上升得越快，對EVM的惡化越??；反之，對EVM的惡化就越大。測試中還發(fā)現(xiàn)，如果上升時間過長，甚至可能導致信號無法解調(diào)。由此可見，功率放大器瞬態(tài)響應的上升時間與EVM確實有著必然的聯(lián)系。

　　根據(jù)TD-SCDMA相關規(guī)范，要求收、發(fā)切換時開關的上升時間必須小于2?滋s，這正是從保護信號完整傳輸和避免EVM指標惡化這方面來考慮的。而通過選擇合適的功率放大器晶體管并設計合適放大器的偏置電路和開關控制信號，完全可以滿足國家提出的標準，甚至可以使得開關的上升時間小于1us。

　　功率放大器偏置電壓控制信號設計

　　如圖6所示，即使功率放大器的瞬態(tài)響應上升時間小至1us，放大器工作在時分雙工模式時的EVM仍然大于1.2%，仍然大于功率放大器處于常開模式下的 EVM指標，即功率放大器的瞬態(tài)響應仍然對信號質(zhì)量造成了惡化。顯然，由于功率放大器本身以及偏置電路的影響，功率放大器的瞬態(tài)響應上升時間不可能為零，因此不可避免地會產(chǎn)生削波現(xiàn)象，從而惡化EVM指標。

　　為了避免功率放大器的瞬態(tài)響應上升時間對EVM的影響，就必須保證在TD-SCDMA信號到來時，功放的瞬態(tài)響應已經(jīng)結束，即功放開關已經(jīng)完全打開。因此，必須把功放的打開時間提前。由于TD-SCDMA系統(tǒng)是一個同步系統(tǒng)，具有統(tǒng)一的時鐘參考和同步控制，因此實現(xiàn)開關的提前打開控制并不困難，本文對此不作論述。至于開關打開的提前量設為多少比較合適，則要根據(jù)具體的功放電路的瞬態(tài)響應速度來決定。實驗中，當功放開關的上升時間為1.5us時，改變開關打開的提前量，得到相應情況下的EVM數(shù)值如圖7所示。

　　由圖7可見，當功放開關不提前打開時，EVM值大于1.5%；而隨著打開提前量的逐漸增加，EVM的值也逐漸減?。划旈_關打開的提前量增加到與該功放打開的上升時間相當時(本例中為1.5us)，EVM數(shù)值則下降到與常開模式下的EVM數(shù)值完全相同的水平；若繼續(xù)增大開關打開的提前量，EVM則保持不變。由此可知，當功放開關打開的提前量不小于功放本身的打開上升時間時，功放在TD-SCDMA信號到來時就已經(jīng)處于完全打開的狀態(tài)，瞬態(tài)響應已經(jīng)結束，也就不會產(chǎn)生對信號的削波現(xiàn)象，自然也就不會對EVM有額外的惡化。