Maxim 的 RF 預失真技術(也稱為模擬預失真)與 DPD 有相似之處,用于補償 AM-AM 以及 AM-PM 失真、交調和 PA 的記憶效應,并且均采用反饋信息補償溫度變化和 PA 老化導致的損害。盡管這兩種方法在理論上有相似之處,但僅限于電路設計和系統實施方面。介紹數字預失真系統的主要功能電路的文獻和應用筆記有很多,所以數字預失真的工作原理在此不再贅述。這里重點介紹這兩種架構的不同之處以及 RF 預失真的工作原理。
深入、詳細地介紹 Maxim 的 RF 功率線性化電路(RFPAL)之前,有必要簡要介紹一下背景知識。下文中的圖 4a 所示為采用 RFPAL 的 PA 系統的框圖。需要注意的是,這種基于 RFPD 的線性化電路為自適應 RFIN/RFOUT 系統,支持獨立工作,適用于遠程無線耳機單元、PA 模塊,以及不直接訪問數字處理器的所有應用。定向耦合器用于驅動線性化電路的 RF 輸入(RFIN 和 RFFB)。然后再利用定向耦合器將修正信號(RFOUT)與 PA 輸入信號相組合。接下來深入介紹一下內部工作機制,線性化電路采用 PA 輸出信號來自適應確定 PA 在給定平均功率和最高功率、中心頻率和信號帶寬條件下的非線性特征。在頻域對來自 PA 輸出的反饋信號(RFFB)進行分析,生成頻率解析的線性度指標,以適應誤差要求。
圖 4a. RFPAL 系統實現方框圖
如圖 4b 所示,整個線性化電路系統(包括圖 4a 虛線內的所有元件)均可在不足 6.5cm2 的緊湊 PCB 上實現,材料清單較少。
圖 4b:構成 RFPAL 系統的印刷電路板照片
有了針對 RFPD 的基本工作原理,可以對其系統實施加以說明,并與數字預失真(DPD)進行比較。圖 5 所示為 DPD 如何在信號鏈的最前端(數字基帶)擴展帶寬(將預失真修正添加到相應信號)。然后將這種帶寬擴展延伸到整個發送器鏈,然后再通過反饋通路返回到數字基帶。這種帶寬擴展使整個系統的時鐘速度大大提高,同時,擴展帶寬也導致系統功耗增加,增大了系統設計復雜度,包括(但不限于)提高對時鐘發生器的要求,需要面臨抖動、多極點高頻重構濾波器和寬帶線性上變頻混頻器設計等諸多挑戰。
圖 5. 數字預失真系統實施方案(30MHz BW、WCDMA、14 位變頻器)
利用 DPD 系統,上變頻后的濾波器頻率響應必須足夠寬,以支持相應的信號以及滿足 PA 預失真要求的 BW 擴展。不幸的是,DAC、上變頻器等產生的濾波器通帶內噪聲也會被 PA 放大。絕大多數應用中,濾除接受頻帶內噪聲的唯一方式在于 PA 輸出。這種方法要求的濾波器大小、成本和插入損耗隨具體設計要求的不同而有所變化。為了滿足更嚴格的抑制要求,濾波器成本可能會增加。由于濾波器而增加的插入損耗會降低效率,為了實現與最初預期相同的天線輸出功率,要求較強的 PA 驅動。這種濾波器在一定程度上抵消了使用數字預失真實現的利益。或者,可使用較低噪聲的 DAC 和上變頻器,以省去后置 PA 濾波器,但成本較高、耗流較大。值得注意的是,功耗是根據集成 DPD/DSP ASIC 和外部 ADC、DAC、下變頻器、時鐘發生器和功率探測器估算得出的。功耗估算不包括 DUC、CFR 和 PA,因為它們在 DPD 和 RFPD 實施中都存在。
如前所述,充分利用獨立 RFIN/RFOUT 架構和自適應 RF 預失真技術,Maxim 的集成方法允許僅在必要點注入修正信號——PA 輸入。從圖 6 可以看出這種方法的好處,降低了對時鐘發生器、重建濾波器和上變頻混頻器的所有要求,同時發送鏈的所有元件,從數字基帶到 PA,均工作在 1 倍信號帶寬。然而,由于很容易濾除殘余交調產物,線性化電路可工作在大于 5 倍的信號帶寬,不會影響系統設計和功耗。RFPAL 器件的總失真 BW 為大約 250 MHz,瞬時 BW(希望的信號)為 20MHz 時,可補償 11 階 IM;瞬時 BW 為 50 MHz 時,可補償 5 階 IM。另外,基于 RFPD 的系統僅需要在 PA 之前布置窄帶濾波器,因此降低了對 DAC 和上變頻器的噪聲要求,避免了在 PA 輸出的高成本濾波。盡管 RFPD 實現方法中沒有要求,但是 RFPAL 器件也集成了整個 RFFB 反饋路徑,因此大大簡化了系統整體設計,并將受 BW 擴展影響的有源元件限制到只有 PA 和線性化電路本身。上述優勢能夠獲取極低功耗、大大簡化了的低成本發送器和基帶架構。
圖 6. RF 預失真系統實現方案(30MHz BW、WCDMA、14 位變頻器)
給出的示例中,RFPD 實施方案的功耗比 DPD 方案減小 4W。盡管功耗差異不是宏蜂窩設計的主要問題,但是低功耗、低系統成本和 RFPD 設計的較小占位面積,成為微蜂窩、微微蜂窩、企業級毫微微蜂窩設計中的重要因素。最后,Maxim 的 RFPAL 器件提供性能選項以及對正向和反向功率的測量功能,對溫度和頻譜限制的監測功能,進一步簡化系統設計。