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針對EDGE/GSM手機(jī)發(fā)送電路的四種架構(gòu)分析

發(fā)布時間:2011-02-09 來源:美國模擬器件公司

中心議題:

  • EDGE/GSM手機(jī)發(fā)送電路四種架構(gòu)

解決方案:

  • 采用極性反饋“Lite”
  • 采用極性反饋
  • 采用極性開環(huán)
  • 采用直接調(diào)制(零差)


為采用8PSK調(diào)制支持2.75G EDGE標(biāo)準(zhǔn),手機(jī)設(shè)計工程師和芯片組供應(yīng)商面臨著新的挑戰(zhàn)。為滿足成本、功耗和制造工藝的需求,我們提出如下四種發(fā)送電路架構(gòu):極性反饋(Polar Feedback)“Lite”、極性反饋、極性開環(huán)、直接調(diào)制(零差)。

圖1給出了當(dāng)前大多數(shù)GSM手機(jī)中使用的平移(或偏移)環(huán)(translational loop)架構(gòu)。這種架構(gòu)的主要優(yōu)點是利用鎖相環(huán)(PLL)結(jié)構(gòu)中的低通濾波器以起到帶通濾波的功能,從而不需要任何額外的濾波器就能提供優(yōu)良的頻譜屏蔽性能,而且對調(diào)制器模塊沒有嚴(yán)格的要求。該解決方案經(jīng)過幾代產(chǎn)品的改進(jìn),其性能、集成度和成本等各方面都已經(jīng)得到了高度優(yōu)化。

GMSK調(diào)制平移環(huán)結(jié)構(gòu)
                                   GMSK調(diào)制平移環(huán)結(jié)構(gòu)
                                                                         圖 1:GMSK調(diào)制平移環(huán)結(jié)構(gòu)

因為GMSK(高斯最小頻移鍵控)是恒包絡(luò)調(diào)制,所以功率放大器(PA) 可以工作在飽和狀態(tài)下,能提供最高的效率?,F(xiàn)代的PA模塊還集成了CMOS功率控制器,以便為上升、下降沿控制和功率控制DAC提供一個便利的接口。

極性反饋“Lite”

“極性”調(diào)制器的概念是為了保留平移環(huán)結(jié)構(gòu),因此保留上述全部優(yōu)點。然而為了支持EDGE模式,還必需對調(diào)制器增加調(diào)幅(AM)能力:在調(diào)制器輸出端去掉AM調(diào)制,饋送到幅度控制器,再饋送到高動態(tài)范圍的VGA,從而再生成射頻AM和PM復(fù)合信號。將該信號饋送到一個純粹作為放大器的線性PA單元。由于PA沒有得到補(bǔ)償,所以它的線性度和動態(tài)范圍必須非常高才能保證信號質(zhì)量。當(dāng)然,線性PA通常不如飽和PA的效率高。

極性結(jié)構(gòu)框圖
                            極性結(jié)構(gòu)框圖
                                                                                    圖2:極性結(jié)構(gòu)框圖

為減小GSM模式中的電流,可以關(guān)斷AM控制器,并且將功率控制直接切換到PA。然而,由于設(shè)計折中,即使是在GSM的飽和狀態(tài)下運(yùn)行,該P(yáng)A 的效率仍然比純飽和PA的效率低。

極性反饋


全極性架構(gòu)如圖2所示,它與極性Lite的概念類似,優(yōu)點是仍可配置傳統(tǒng)的GMSK飽和PA架構(gòu),具有前面所述的功率效率高的優(yōu)點。該框圖給出了本解決方案中圍繞PA增加的反饋環(huán)路。利用這個反饋環(huán)路來對PA進(jìn)行“線性化”(去除AM到AM及AM到PM失真)?;赑A反饋,AM控制器產(chǎn)生一個 AM誤差項。系統(tǒng)將相應(yīng)地調(diào)整PA增益以抵消AM誤差。利用鑒相器(PFD)可對PA引起的AM-PM失真進(jìn)行補(bǔ)償。這種反饋路徑使用的耦合器可以是獨立器件,也可以集成在PA模塊中。

極性“Lite”結(jié)構(gòu)框圖
                               極性“Lite”結(jié)構(gòu)框圖
                                                                           圖3:極性“Lite”結(jié)構(gòu)框圖
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極性開環(huán)

開環(huán)架構(gòu)可以使用飽和PA,但該架構(gòu)不包括圍繞PA的反饋環(huán)路。取而代之的是用電源、溫度、電壓、頻率來表征PA,而且這些數(shù)據(jù)都存儲在查找表 (LUT)中。用數(shù)字邏輯選擇或插入適合工作條件的校正系數(shù),并且當(dāng)出現(xiàn)預(yù)失真時施加給AM控制器和IQ輸入。將AM復(fù)合信號反饋到PA振幅控制器上,并且將預(yù)失真相位反饋到調(diào)制器和平移環(huán)上,從而消除PA的非線性。但是這種方法需要在生產(chǎn)線上消耗大量時間校準(zhǔn)以補(bǔ)償各元件之間的偏差,并且不容易校正系統(tǒng)老化效應(yīng)。

極性開環(huán)結(jié)構(gòu)框圖
                                極性開環(huán)結(jié)構(gòu)框圖
                                                                                  圖 4:極性開環(huán)結(jié)構(gòu)框圖

直接調(diào)制

直接調(diào)制與前面討論的架構(gòu)截然不同,它不使用平移環(huán)和中頻,而是調(diào)制器直接將IQ信號變換到要求的射頻信道。采樣VGA方法用輸出信號實現(xiàn)功率控制。然后根據(jù)調(diào)制器的噪聲性能,在信號送入線性PA之前可能還需要一個外部濾波器。這種架構(gòu)的優(yōu)點是簡單,但是從噪聲和雜散性能的角度來說,由于沒有集成濾波,對設(shè)計RF調(diào)制器提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。另外這種架構(gòu)要求使用線性PA,它的效率不及飽和PA的效率高。

線性或零差結(jié)構(gòu)框圖
                                 線性或零差結(jié)構(gòu)框圖
                                                                圖 5:線性或零差結(jié)構(gòu)框圖

表1:各種調(diào)制架構(gòu)比較
                                   各種調(diào)制架構(gòu)比較
                                                                                各種調(diào)制架構(gòu)比較

本文小結(jié)

直接調(diào)制方法看上去很吸引人,但實現(xiàn)過程存在一些問題,并且功率效率比極性調(diào)制設(shè)計使用的飽和PA的效率低。在極性調(diào)制設(shè)計中,極性反饋方法比極性“Lite”方法效率高,由于極性反饋方法增加了制造的魯棒性,并且顯著降低了與開環(huán)架構(gòu)相關(guān)的校準(zhǔn)開銷。

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