新型WCDMA直放站PA的设计方案

随着3G技术的不断发展，系统容量的不断提升，对通信系统的线性要求越来越高。功放作为通信系统的主要非线性单元，其性能的改善对整个系统的作用至关重要。传统的功率回退方法已难以满足日益增长的线性与效率要求，因此，高效、线性的功放设计方案成为研究热点。本文将详细介绍一种采用Scintera公司新型预失真芯片SC1887与NXP公司高性能LDMOS器件的高效新型WCDMA直放站PA设计方案。

一、方案设计背景

随着3G技术的广泛应用，WCDMA系统作为3G主流技术之一，对基站的线性要求越来越高。功放作为通信系统中的主要非线性单元，其非线性失真特性会导致信号失真和频谱扩展，影响系统的整体性能。为了改善功放的线性度，目前已商用的线性化技术包括前馈、数字预失真（DPD）和模拟预失真。前馈技术的主要缺点是误差环路不能同时放大有用信号，导致效率非常低；DPD技术需要将射频信号先转化成基带信号，处理完成后再还原成射频信号与PA的输出信号进行合成，系统复杂且难以调试，有效带宽受限。相比之下，模拟预失真系统结构简单、容易调试且效率较高，因此成为当前比较受欢迎的线性化方法。

二、方案设计原理

模拟预失真的核心在于选择合适的非线性器件，其特性要与功放中的LDMOS非常接近，才能模拟出PA的非线性特性，最终达到预失真的效果。然而，选择合适的非线性器件需要大量的实验数据和验证，给前期研发带来很大挑战。

2.1 预失真芯片SC1887

Scintera公司的SC1887是一款内部集成的新型预失真芯片，它大幅简化了预失真电路的结构，减少了外围元器件的应用，使得整个电路更加紧凑、更易小型化，同时进一步提升了系统可靠性。SC1887采用了闭环结构，对消效果比传统的开环结构更优异。该芯片通过调节RFin、RFout和FFFB三个端口与各个巴伦之间的匹配，可以在600MHz到2.8GHz的带宽内正常工作。

2.2 Doherty结构

Doherty结构是一种高效的功率合成技术，通过将两个或多个功放单元的输出功率进行合成，提高整体效率和输出功率。本方案采用Doherty结构，前级推动使用NXP的BLM6G22-30G，末级使用NXP的BLF6G22LS-130，最终完成WCDMA 30W功率输出。

三、主控芯片型号及作用

3.1 SC1887预失真芯片

型号： Scintera SC1887

作用：

1. 预失真处理：SC1887作为预失真芯片，能够模拟功放的非线性特性，实现信号的预失真处理，从而改善功放的线性度。

2. 闭环结构：采用闭环结构，对消效果优异，能够显著提高系统的线性度和稳定性。

3. 端口匹配：通过调节RFin、RFout和FFFB三个端口与各个巴伦之间的匹配，可以在600MHz到2.8GHz的带宽内正常工作，满足宽带应用需求。

4. 简化电路：大幅简化了预失真电路的结构，减少了外围元器件的应用，使得整个电路更加紧凑、更易小型化，同时提升了系统可靠性。

3.2 NXP BLF6G22LS-130

型号： NXP BLF6G22LS-130

作用：

1. 末级功放：作为Doherty结构的末级功放，BLF6G22LS-130具有高效率和高增益，单管增益可达17dB，饱和效率55%，做成Doherty后增益也有15-16dB，末级6dB回退效率在40%以上。

2. 高性能LDMOS：NXP的BLF6G22LS-130是一款高性能LDMOS器件，具有高效率和增益，在高效率、大功率功放应用方面有着不可替代的优势。

3.3 NXP BLM6G22-30G

型号： NXP BLM6G22-30G

作用：

1. 前级推动：作为Doherty结构的前级推动，BLM6G22-30G是一款塑封的集成二级IC管，增益高达28dB，效率高，是做大功率推动级的首选方案。

2. 功率合成：通过Doherty结构与BLF6G22LS-130进行功率合成，提高整体效率和输出功率。

3.4 其他关键器件

• NXP RFSS BGA6589：射频方案中的预推动采用NXP RFSS BGA6589，用于提供稳定的射频信号输入。

• 村田制作所高Q电容和低差损电感：采用村田制作所的高Q电容和低差损电感，将三个端口回波控制在18dB以上，提高电路的稳定性和性能。

• 研通（Yantel）低插损电桥HC2100A03：为了提高输出功率，采用研通高频技术公司最新推出的低插损电桥HC2100A03，降低信号传输过程中的损耗。

四、具体实现方案

4.1 Doherty结构设计

DXY鼎芯实验室采用NXP公司的高性能LDMOS，独立设计出一种实用的Doherty结构，与模拟预失真芯片SC1887实现了完美结合。射频方案中的预推动采用NXP RFSS BGA6589，推动级采用NXP BLM6G22-30G，末级采用NXP BLF6G22LS-130。

4.2 预失真电路实现

SC1887预失真电路通过调节RFin、RFout和FFFB三个端口与各个巴伦之间的匹配，在600MHz到2.8GHz的带宽内正常工作。为了与功放更好的配合，在环路内使用两个ATT电路，实时调节主通路和反馈通路的增益范围，确保SC1887在一定的功率输出动态范围内有很好的表现。

4.3 电路调试与监控

本方案可通过SPI和计算机相连，随时监控SC1887的工作状态，使调试更加简捷高效。同时，采用村田制作所的高Q电容和低差损电感，将三个端口回波控制在18dB以上，提高了电路的稳定性和性能。

五、测试结果与分析

5.1 测试数据

从测试数据可以看出，在Pout=44.7dBm时，对消后ACPR在52dBC以上，可以满足3GPP频谱发射模板。效率可以做到27%，比普通回退功放提高10%以上，显著减少了能耗，远远超出运营商的招标要求，符合当今节能环保、绿色低碳的发展需求。

5.2 测试平台

WCDMA 30W PA方案测试平台包括信号源、功率计、频谱分析仪等测试设备，用于对功放进行性能测试和验证。

5.3 测试结果分析

通过分析测试结果，可以看出该方案具有以下几大优势：

1. 效率高：采用Doherty加模拟预失真的线性化技术，该方案与普通的HPA相比，效率至少提高10%以上。

2. 成本低：功放管在整个功放成本中占主要地位，同样的功率输出，该方案比传统的HPA减少一半的使用量，节省成本。

3. 结构简单，易于调试：简化了预失真电路的结构，减少了外围元器件的应用，使得整个电路更加紧凑，提高了整个系统的可靠性和一致性，便于生产调试。

六、功放的非线性失真及传统模拟预失真的实现

功放的非线性失真特性主要由AM-AM失真、AM-PM失真两个特性来表征。AM-AM失真是指输出信号的幅度随输入信号幅度的变化而变化，AM-PM失真是指输出信号的相位随输入信号幅度的变化而变化。

模拟预失真的原理就是要找到一个与功放非线性特性相反的非线性器件，与功放串联，使两者的非线性相互抵消，使最终功放输出的信号保证在线性状态下。为了保证足够的对消效果，一般预失真都采用双环结构，通过调节衰减和移相，使预失真信号与功放输出信号进行合成，达到线性化的效果。

七、结论

本文采用Scintera公司内部集成的新型预失真芯片SC1887，配合NXP公司的BLF6G22LS-130和BLM6G22-30G，使用Doherty结构，最终完成WCDMA 30W功率输出，为直放站客户提供了一种针对20W整机的高效、节能的解决方案。该方案具有效率高、成本低、结构简单易于调试等优点，能够满足当前通信系统对线性度和效率的高要求，具有广阔的应用前景。