RF高功率线性PA原理介绍(数字预失真)) LPA-P2原理介绍

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。,前馈技术原理,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；,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。,数字接收自适应控制技术原理,图3数字接收自适应控制技术原理框图,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。,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。,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。,硬件总体框图,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）,输入分路单元（ISU）,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。,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。,CCU（载波对消单元）,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,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。,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,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。,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-28dBm16dBm，加适当的型衰减可以让AD8362工作在合适的状态。,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。,正向输出信号和交调信号检测模块,中频滤波指标要求-75dBc1.845MHz，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DC500MHz，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。,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。,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0V2.5V的移相和衰减控制信号Vpc2和Vac2的电压转换成0V5V。,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。,MPAU(主功放单元）,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。,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。,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,PU(电源单元）,PU(电源单元）,电源单元从基站系统接受-48V电源，通过DC-DC变换输出+28V、+12V电源，+28V又作为5V电源模块的输入。电源板上28V、12V、5V分别用3个DC-DC电源模块来实现，其中28V输出DC-DC模块是605W的，12V为12W的模块、5V为10W的模块。用双比较器实现窗口比较器来对28V输出电压进行过压和欠压检测告警。对于28V这种功率大的DC-DC模块，大电流工作时，电磁兼容设计是电源板的一个设计关键。因此考虑采用二级共模滤波加一级差模滤波来实现传导发射CLASSA级要求，此电路是装在整机的封闭结构里来实现辐射发射CLASSA级的要求；电源共模滤波器主要用于抑制30MHz以下频率范围的噪声，EMI滤波器用于抑制进入设备与出自设备的电磁干扰，具有双向抑制性。,控制单元（CU）,CU是系统的状态监控和软件控制调整的核心部件，同时还负担着对外通信和面板指示及控制功能的实现，它包括控制板（CB）和显示板（DB）两块单板。CU的电路原理框图参见图11，图中虚框内的电路为DB的内容，框外的电路为CB的内容。CB与整机后面板的盲插插座通过专用的低频接插件连接，而CB与DB之间通过转接电缆实现互连，CU与PU及RS直接的所有信号则通过DB上的接插件连接。,控制单元（CU）,控制单元（CU）,系统告警和保护：通过监测其它单元提供的模拟电压状态量（包括输入功率检测电压Vip、主环对消检测电压Vmc、误差环对消检测电压Vec、正向输出功率检测电压Vfp、输出反射功率检测电压Vrp以及主功放温度检测电压Vt和+28V电源电压），对过功率、过温度、主环失锁、误差环失锁、驻波告警和+28V电源电压告警等故障进行实时判别和系统保护处理；环路控制：参照主环对消检测结果，动态调整主通道增益控制偏置电压Vac1（0V2.5V）和相位控制偏置电压Vpc1（0V2.5V），保证主环的良好（大于25dB）对消；参照误差环对消检测结果（单机运行时检测误差导频，正式运行时检测交调），实时动态调整误差放大通道增益控制电压Vac2（0V2.5V）和相位控制电压Vpc2（0V2.5V），保证误差环的良好（大于16dB）对消；,控制单元（CU）,工作频道检测：以系统输入功率检测结果为依据，当系统输入功率达到或超过-30dBm时，自动启动并定时扫描射频载波信号的频道占用情况，进而计算、设置交调测量点频率。该功能暂时保留，可以从后台获得频道信息后，直接根据后台得到的频道信息计算、设置交调测量点频率；与基站进行双向通信：接收基站指令，并随时上报L