EDGE功率放大器在手机上的应用

2011-04-23 13:44:23来源: 电子发烧友

    在GSM系统EDGE可说是进一步增加数据传输速率。通过调变方式的改变、编码以及多传输时槽进而达到3倍的传输速率。从1999年EDGE标准的制定至今,EDGE网络已有多被许多国家及其电信业者所采用,根据全球行动供货商协会(GSA,Global Mobile Suppliers Association)最近的统计,已有307种包含EDGE功能的设备发表。市场研究机构Strategy Analytics统计及预估,2006年EDGE手机市场约为1.6亿支,在2005-2010年间,EDGE/WCDMA手机市场将会有51%的年复合增长率(CAGR)的大幅增长。

    EDGE射频端的解决方案─线性发射架构

    目前市场上有3种EDGE射频端的解决方案可供手机制造商选择,除了GMSK模式还要能同时支持8PSK模式。此3种分别为极性调变(Polar Modulation)、极性环(Polar Loop)以及线性发射(Linear EDGE)架构。

    就线性发射架构而言,所使用之功率放大器必须能够操作在饱和模式(Saturated Mode)与线性模式(Linear Mode)。当手机操作在GSM时为GMSK调变,而GMSK为一固定振幅(Constant Envelope),功率放大器所产生的失真对其影响较小,故此时功率放大器可操作于饱和区,即非线性区,来提高效率。当手机操作于EDGE模式时,是以一种改变振幅与相位的线性调变方式即8PSK调变,也因此对于功率放大器的线性度极为要求,以防止信号失真。

    多模式的操作─GMSK

  与8PSK混合发射

  EDGE是使用TDMA的时槽架构(Time Frame Structure),因此在多个发射时槽及混合发射模式时,功率放大器会有不同操作模式即8PSK切换GMSK或GMSK切换8PSK。而在时槽 (Burst)与时槽之间必须将功率放大器所产生的功率降到最低,以免造成输出射频频谱变差或不符合ETSI的规范。因此对于时槽与时槽间的输入与控制信号时序(Control Timing)以及信号大小必须规范与遵守,如图3所示。以下是使用RFMD线性功率放大器RF3158以3个发射时槽,GMSK→8PSK→GMSK为例。

  信号产生器输出的波形

  首先使用信号产生器产生3个时槽,以Agilent Signal Generator E4438C为例,其设定如下:

  1. Mode→ EDEG mode。

  2. Data Format→ Framed。

  3. Frame Trigger→ Continuous。

  4. Configure Timeslots→ Multislot off,TS=TSC0并设定时槽。Normal代表此时槽为8PSK调变。

  5. 输出功率=2dBm。

  此时将信号连接至频谱仪以zero span观察,即可看出所设定的信号。由于信号产生器所产生的输出信号为功率放大器的输入信号即为RFin,理论上,在GMSK mode,波形上升时间越短越好,而在8PSK mode则是要求平缓上升,才不会影响输出射频频谱(ORFS-Output Radio Frequency Spectrum)。而Agilent E4438C在调整输出波形(burst shape)不论是上升时间、上升延迟、下降时间或是下降延迟都是以一个GSM时间框架内有设定为发射的波一起调整,
仿真与实验

  信号产生器设定好后,将其它设备与RF3158评估板连接 。以信号产生器的EVEN 1为任意波形产生器的触发信号,将编辑好的Tx_Enb、Vramp与 Vmode的波形加载任意波形产生器并连接至评估板,为了容易观察信号间的时序关系也就是希望将RFin 、RF Out、Tx_Enb、Vramp与VMode同时显示于示波器上,将通过频谱的Video Out将功率放大器的RF Out 与 RFin射频信号转换成电信号并 显示于示波器上,在此建议以VMmode为示波器外部触发信号,亦可将VMmode接到示波器的Ext Trigger in 以增加示波器的埠位使用。完成信号的设定与仪器的连接后,即可将电源及信号依续打开。

  功率放大器模式转换与输入信号的时序关系

  当线性EDGE 功率大器工作于GSM模式时,功率放大器工作于饱和模式,此时Vramp控制功率放大器晶体管之集极电压(Collector Voltage)使输出波形与功率大小符合所需的要求与ETSI的各项规范。当切换至EDGE模式时,功率放大器工作于线性模式,此时功率放大器晶体管之集极电压固定偏压于3.6V,Vramp则提供功率放大器晶体管的基极偏压(Base Bias),控制其偏压电流,使功率放大器工作于线性区,如同一增益模块(Gain Block),输入的射频信号与输出功率成一线性增益关系。

  而RF3158支持GPRS Class 12的50%的发射周期(Duty Cycle),此意味着可能同时发射两个混合模式时槽。也因此,功率放大器在两个时槽之间也就是保护时段(Guard Period)须完成模式转换。此转换时间可称为稳定时间(Settling Time)。

  当VMode由High 转为Low代表功率放大器由为8PSK的线性模式切换为GMSK的饱和模式,此时RFin要降到最低且低于-40dBm(建议值)的输入功率,Vramp 则需降到约0.3V,而Tx_Enb关掉1QB(Quarter Bit,1QB约为0.92us)有助于缩短稳定时间 (Settling Time)。稳定时间是由于功率控制回路与Vramp引脚内的低通滤波器所造成,而Tx_Enb关掉可提供一放电路径。

  当我们将RFin于VMode转为Low后2QB的时间打开,很明显的,可于8PSK与GMSK之间的保护时段看到一突波(Spike)。由此可知,功率放大器于模式转换期间,在未完成稳定时间,未将RFin信号降至<-40dBm或输入RFin信号,将产生突波造成输出射频频谱之功率转换瞬态所产生的频谱(Output Radio Frequency Spectrum-Spectrum due to switching transients)变差,甚至无法通过规范。

  除了输入信号的时序关系,另一个会影响功率转换瞬态频谱的是保护时段期间RFin的信号大小。此实验可通过另外一台信号产生器来提高保护时段期间 RFin的信号大小,来实验RFin于保护时段时至少要低于多少,才不至于导致突波。图20为原本的信号,保护时段期间RFin的信号大小为 -74.32dBm。此时,外加一台信号产生器产生一连续信号通过合成器(Combiner)将两信号合成后,输入功率放大器。图21为两信号产生器的合成结果。通过此一实验,可得知由收发器(Transceiver)所产生的最小的输出功率不要超过-33dBm。

关键字:EDGE  功率放大器  手机  GSM系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2011/0423/article_6306.html
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