射頻功放的參數

PA，Power amplifier ，功率放大器，放大射頻信號送到天線，通過天線發(fā)射使其往遠處發(fā)送。PA是手機射頻電路的核心，發(fā)射大功率的功放，接收端XCV中的LNA均是PA。

一個PA規(guī)格書要了解一些什么樣的參數。

1 制程工藝，涉及PA價格高低

2.工作電壓，低電壓工作較省電

3.頻率范圍，不同的頻率其參數都是不同的

4.封裝，看其封裝是否符合自己的要求

5.操作溫度，需要明白該器件使用的事宜

6.Gain, G(dB)=10log(Pout/Pin)=S21(dB)

7.Output 1dB

8.Output IP3

9.Noise Figure

10.Reverse Isolation

11.Power Supply

12.12.Power Consumption，即用多大的電壓消耗多少的電流

13.看其中的曲線圖示時一定要注意該曲線的測試條件，如電壓。

上圖可以看出，在輸入信號不斷加大的情況下，如何達到1dB壓縮點的話，再怎么輸入功率，也不會對輸出功率有提升。

**PA **MN小經驗

看其Demo的電路，可以幫助設計。一點點經驗，“小”值元件通常用來做MN (Matching Network)，如電感，15nH的電感對900M來說不算大，所以是MN元件，1.5p對900M來說不算大，是MN元件。22pF對900M就是大電容用于耦合即Short(短路)高頻信號。另外，復阻抗為容性的IC比較多，所以經常要用到電感匹配。

Gain flatness

G(dB)=10log(Pout/Pin)=S 21 (dB)

一般的Gain都是MN后的Gain，這一點一定要注意。Gain會隨輸入信號的不同而變。Gain不同的話就會使得不同頻率的信號出現AM調制，因為信號進去是一個band的信號，所以Gain需要有flatness要求，Gain的flatness通常要求為±1dB。

Noise Figure

NF(dB)=10log[(Si/Ni)/(So/No)]

No一般會比較大，因為除了Input的Noise外，還有PA本身產生的Noise也會被放大，所以So/No比較小，而Sin/Nin會比較大，所以NF就會比較大。

通常頻率越高NF一般會越大。

OIP3&IIP3

放大器看OIP3;Mixer看IIP3

PIP3-P1dB=10.63(dB)來評估PIP3，P1dB是否符合要求。

每個元件有很多規(guī)格參數，需要一一去里了解，這樣才能在出現問題時有思考的方向。

Polar&Linear PA

EDGE PA兩大主流：

1.線性PA

2.Polar PA

極化調制（Polar）的優(yōu)點是：效率高，因為工作在飽和區(qū)。

缺點自然是：線性不好，EVM等參數差點。

Linear和Polar的不一樣不只體現在PA上，還和Transceiver有關系，必須配套使用。

Linear是指8PSK調制中的幅度和相位調制都在Transceiver中完成 ，PA就像CDMA的PA一樣光做放大，增益是固定的。因為8PSK的峰均比關系，所以必須要求PA線性度比較好。

Polar是指8PSK調制中的相位調制在Transceiver中完成，幅度調制在PA上通過Vramp來控制PA增益來完成，所以輸入信號對PA來說峰均比是很小的 。而且頻譜的展開是因為主動增加了調制信息，所以就更GSM的PA差不多。

Linear的方案比較容易實現，Polar的要對路徑上的Phase信息進行補償，做不好的話容易導致調制有問題，還要考慮Phase補償在不同溫度等情況下的不同，整體方案比較復雜。

Polar PA可以工作在AB內等非線性狀態(tài)效率比Linear高，Linear的效率理論上最高也才25%，但是Polar系統(tǒng)由于比較復雜，所以成本比linear系統(tǒng)高。

高通平臺經常會見到說Polar PA和Linear PA，兩者最主要的區(qū)別體現在功率VS電壓曲線上，如下圖。

PolarPA可以工作在非線性飽和區(qū)，比Linear PA效率高。但是實現結構復雜，PA TX校準算法也復雜，成本比Linear PA高。

** 一般Polar PA操作時沒有Gain的狀態(tài)，只有一根Volt VS Pwr曲線** 。

對GSM來說，曲線取值的區(qū)域一般-25dbm到34dbm的動態(tài)范圍，對應可以得到-25dbm和34dbm對應的Volt電壓值，再對應到基帶DAC的Digital Value，最后，我們得到的就是DAC VS POWER曲線。

** 在-25dbm到34dbm對應的DAC值內，分若干點，沒兩點之間進行線性插值，就可以近似描出和實際曲線十分相近的DAC VS POWER曲線** ，這樣就可以獲得PA Profile表了。也就是一般我們所說的GSM PA Profile校準。

GSM TX POWER VS PCL就是根據實際PCL對應的功率，進行查表，從而獲得和該PCL對應功率最相近的DAC，按照這個DAC值輸出的電壓加到PA上，就 形成了所要的發(fā)射功率。 而 線性PA沒有這個Profile表，對應的是一個功率范圍 ，如圖：

基帶來說， Linear PA的控制電壓變成了兩根控制線，分別控制Linear PA的功率輸出范圍。在控制上，體現的就是功率切換點的設置 。合理的設置功率切換點，可以在PA發(fā)射時節(jié)省電流，因為同樣的功率，在不同的功率輸出狀態(tài)下，PA的耗電流是不一樣的。

如對GSM Low band來說，Low power mode下16dbm的耗電流就小于MPM下16dbm的耗電流。Polar PA和Linear PA各有各的優(yōu)點，但發(fā)展來看，Linear PA是主流。

其實對于linear PA也是分段線性，并不是絕對線性，所以linear PA才會分成幾個Power Mode，每個Power Mode的動態(tài)范圍是不一樣的。這就說明這一段動態(tài)范圍內，PA的線性度最好。

Phase Path就是從Transceiver TX_LB/HB過來的信號。一般功率在6dbm到10dbm之間，而polar pa一般要求是0到6dbm， 所以通常在XCV到PA之間都加衰減網絡 ，最常用的就是50ohm電阻π型衰減網絡3到6db不等，看XCV實際的輸出功率大小了。

Envelope Path就是我們所說的VRAMP ，示波器看到的類似PWM，對應的就是PVT中rising edge和falling edge。功率越大，RAMP脈沖的峰值越大。

由于RAMP是按照TX Burst形式發(fā)射，按照GMSK要求，每個TDMA Frame中只能有1個 TX Burst （通話狀態(tài)下），每個TDMA Fame的時間是 4.6ms ，故如果PCB做不好，會對音頻產生****1/4.6=217Hz 的干擾信號，這就是所謂的音頻通路出現的射頻干擾 。

此外，大功率發(fā)射時，還會對VBAT電壓產生暫時的 Voltage Drop ，會影響一些由VBAT供電的器件，所以在Polar PA的供電處，回放一顆大電容，緩沖PA大功率發(fā)射時產生的 Volt Drop 。

Envelope path的作用就是讓發(fā)射功率形成包絡，以滿足Switch Specturm的要求。

Linear PA中，Phase和Envelope組合到了一起，功率發(fā)射時，由Gain State進行平滑過渡，可以避免Polar PA產生的Voltage Drop現象。Polar PA的輸入是恒定的功率，而Linear PA的輸入是可變的功率，如下圖。

Linear PA的Po減去增益就是Linear PA的輸入。當然Tansceiver到PA之間的衰減網絡取決于Transceiver輸出功率的大小。如果能滿足PA的要求，衰減網絡就不需要了。

Power Consumption

根據Agilent的研究， 在大部分的條件下 ， 強調提升最大輸出功率的效率僅能些微地提升通話時間 。

根據CDMA系統(tǒng)中手機實際運作的輸出功率分配圖， 無論是在都會區(qū) (Urban) 或者是在郊區(qū) (Suburban) ，手機使用機率最高時的輸出功率， 都集中于 -10dBm ～ +10dBm的中低 功率 ( M id/ **L****ow Power **R ange) ，反而 以往一直強調最大輸出功率的機會，僅僅發(fā)生在郊區(qū)的少部分時間 。

因此 改善高輸出功率時 ( H**igh Power R ange) **的PAE 對系統(tǒng)通話時間的提升并不顯著 。若能有效提升使用機率最高時的中間輸出功率(MediumPower Range，-10dBm～+10dBm)的附加功率效率PAE，必定能延長手機的通話時間；而提升效率的方法有很多，最直接的辦法就是降低該輸出功率時的耗電流。

所以在耗電流這塊，主要的焦點還是要放在 -10dBm ～ +10dBm****這個區(qū)間。

實際中的經驗是很多運營商可能會要求 -10dBm～+10dBm這個區(qū)間， Vodafone的3G Talk的功耗都是在0和10dBm時候評估的。

國內大廠在調試PAE時候應該也是以10dm為標準，小手機公司可能會以Max Power的電流為主優(yōu)化PAE。

PAE

PAE=(輸出功率-輸入功率)/直流消耗功率,PA主要是優(yōu)化了耗電流,同時減小Tx路徑輻射干擾,保證功率足夠。大電流意味著Microstrip周圍有較強的電磁場,優(yōu)化電流,減小輻射。

根據PA Load-pull調試PAE,因為WCDMA/CDMA是類噪聲信號,而VNA發(fā)出的信號為CW,所以會有VNA無源調試良好,但有源測試時候有差別的現象,所以還需進行微調。

在Smith chart上針對不同的輸入功率，每給定一個輸入功率時繪制出在不同負載阻抗時的等輸出功率曲線(Power contours)，幫助找出最大功率時的最佳負載阻抗，這種方法稱為Load-Pull。

手機PA所要做的調試就是根據廠商提供的Load-pull曲線來優(yōu)化其輸出匹配，改善Tx Power，ACPR/ACLR和PAE的綜合性能，主要是要做好相關參數的平衡。