手機(jī)終端規(guī)劃技術(shù)：包絡(luò)跟蹤芯片技術(shù)的帶寬、噪聲等關(guān)鍵規(guī)格要求
圖1、包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）系統(tǒng)
手機(jī)終端規(guī)劃技術(shù)――高帶寬 包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）IC的主要實(shí)施挑戰(zhàn)之一是帶寬問題 - 它是一個(gè)電源，必須精確跟蹤RF信號(hào)的包絡(luò)信號(hào)幅度，同時(shí)要求不會(huì)產(chǎn)生削波或者引入信號(hào)失真。這要求包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）電源可控制帶寬是RF信道帶寬的1.5至3.0倍，即對(duì)于一個(gè)20MHz正交頻分復(fù)用（OFDM）信道帶寬而言所需要的包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）電源的帶寬為30至60MHz。圖2、包絡(luò)信號(hào)功率圖
圖2這些包絡(luò)信號(hào)功率圖顯示了20MHz 16-QAM LTE上行鏈路信號(hào)的包絡(luò)跟蹤波形統(tǒng)計(jì)，包括RF波形包絡(luò)，包絡(luò)轉(zhuǎn)換速率，包絡(luò)電壓的概率分布以及包絡(luò)功率與帶寬的關(guān)系。圖3、20MHz LTE DL信號(hào)的功率譜密度圖
從包絡(luò)信號(hào)的功率譜圖（圖2右下）可以看出，這種信號(hào)存在一個(gè)大的直流分量，然后在占用的信道帶寬內(nèi)有相當(dāng)大的功率，然后有至少是信道帶寬的三倍的相對(duì)較長(zhǎng)的“尾部”。所需要由包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking） IC跟蹤的尾部數(shù)量取決于系統(tǒng)的RF線性要求。 在信號(hào)幅度的廣泛范圍內(nèi)要求包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）IC具有高效率 也許比通過包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）IC 實(shí)現(xiàn)絕對(duì)帶寬更困難的技術(shù)要求是為包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）IC 自身需要保持較高的能量轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于3G等低帶寬信號(hào)而言，85％的包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）IC效率依舊是一個(gè)很好的指標(biāo)，但在廣泛的信號(hào)類型和帶寬范圍內(nèi)保持這種效率是一個(gè)重大的架構(gòu)和IC規(guī)劃挑戰(zhàn)。圖4、電壓信號(hào)要能跟蹤得上包絡(luò)信號(hào)的幅度變化
LTE和3G等使用的動(dòng)態(tài)功率控制特點(diǎn)對(duì)于保持較寬的功率控制范圍內(nèi)的高效率也很重要。包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）通常要求在信號(hào)的功率控制范圍的前810 dB范圍內(nèi)提供節(jié)電優(yōu)勢(shì)。另外，隨著輸出功率回退，包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）IC的效率通常決定了與APT相比的“盈虧平衡點(diǎn)”在哪個(gè)功率等級(jí)上。圖5、ET系統(tǒng)中帶寬、效率以及線性的三角關(guān)系
用于蜂窩使用的包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking） IC還將包括一個(gè)較低帶寬的APT模式，以在低功率等級(jí)時(shí)進(jìn)行工作。這也必須在非常寬的功率輸出范圍（從10mW到超過1W）下以高效率方式進(jìn)行工作，這使得保持低靜態(tài)電流成為重要的架構(gòu)和規(guī)劃考慮原因。 手機(jī)終端規(guī)劃技術(shù)――低噪聲 在包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）系統(tǒng)中，PA工作在壓縮狀態(tài)，包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）路徑中產(chǎn)生的電源噪聲直接與RF輸入信號(hào)進(jìn)行“混合”。為了最大限度地降低PA輸出端的噪聲和失真，包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）調(diào)制器必須以極低的噪聲和失真工作。如果采用開關(guān)電源技術(shù)，則成為一個(gè)難以搞定的問題。 尤其是在具有窄雙工分離的頻分雙工（FDD）系統(tǒng)中（例如美國(guó)700MHz LTE頻段，中國(guó)的800MHz/900MHz LTE頻段）中，包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）路徑的噪聲和失真特別難以實(shí)現(xiàn)。 手機(jī)終端規(guī)劃技術(shù)――廣泛的擺動(dòng)范圍（slew rate） 瞬時(shí)RF振幅到包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）電源電壓的映射是在基帶中通過整形表（shaping table）通過數(shù)字的方式進(jìn)行定義的，整形表（shaping table）可以改變，以平衡PA和包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking） IC的效率和線性度。 包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking） IC輸出必須能夠在較寬的（> 3：1）電壓范圍內(nèi)擺動(dòng)，因?yàn)橛邢薜膭?dòng)態(tài)擺動(dòng)范圍只會(huì)在功率放大器中節(jié)省有限的功率。圖6、整形表（shaping table）在ET系統(tǒng)中的位置
包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）調(diào)制器的動(dòng)態(tài)擺動(dòng)范圍與ET轉(zhuǎn)換器的效率同樣重要;增加包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）擺動(dòng)范圍（swing range）可以增加PA的效率，但是，此時(shí)包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking） IC的效率會(huì)降低，反之亦然。例如，具有3V擺幅范圍效率為80％的ET調(diào)制器通常優(yōu)于僅具有1.5V擺幅的90％效率的ET調(diào)制器，總體系統(tǒng)的整體效率（ET + PA）最重要。 盡管系統(tǒng)效率有一個(gè)最佳的擺動(dòng)范圍，通常是在峰值電壓與最小電壓之比為3：1時(shí)最佳，但通常需要運(yùn)用更寬的擺動(dòng)范圍來對(duì)PA進(jìn)行線性化。一個(gè)典型的“IsoGain”的整形表（shaping table）可能要求4：1或者5：1的輸出電壓擺動(dòng)范圍以達(dá)到所需的線性度。 手機(jī)終端規(guī)劃技術(shù)――高轉(zhuǎn)換率 除了需要較高的信號(hào)帶寬外，包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking）調(diào)制器還要求電壓和電流的轉(zhuǎn)換速率高，以精確跟蹤包絡(luò)信號(hào)的峰值和谷值。在典型的手持機(jī)輸出功率水平下，運(yùn)用3V擺幅準(zhǔn)確跟蹤20MHz的LTE包絡(luò)需要150V /μs以上的電壓擺率（slew rate ）和50A /μs的電流擺率（slew rate ）。高電壓擺率允許包絡(luò)跟蹤（ET，Envelope tracking） IC響應(yīng)不斷變化的RF信號(hào)，向PA電源提供快速變化的電流和電壓。圖7、典型的ET軌跡圖
電壓壓擺率不夠會(huì)導(dǎo)致“錯(cuò)誤跟蹤”，導(dǎo)致RF輸出端的噪聲和失真增加。在FDD系統(tǒng)中這可能是特別有害的，因?yàn)槠渎湓诮邮疹l帶中的發(fā)射噪聲會(huì)降低接收機(jī)的靈敏度。 包絡(luò)電壓的擺率可以（在某種程度上）運(yùn)用整形表（shaping table）在系統(tǒng)級(jí)上進(jìn)行控制。然而，PA的電流消耗的動(dòng)態(tài)行為主要由瞬時(shí)RF輸出功率特點(diǎn)決定，不能輕易降低。這經(jīng)常導(dǎo)致RF輸出幅度的快速變化會(huì)引起的高帶寬電流“尖刺”和“咔嚓”噪聲。評(píng)論 (0)