EDA365电子工程师网
标题:
功放PA LoadPull效率优化实例
[打印本页]
作者:
admin
时间:
2019-9-27 15:10
标题:
功放PA LoadPull效率优化实例
前言
: f! T3 ]9 \2 I. g5 m
! H% S8 v) ]- p1 g! R/ b0 t5 C
很多射频工程师在电路设计过程中，经常会被如何减小
PA
工作电流问题困扰。尤其是移动终端产品，在功耗方面经常提出很苛刻的要求。大厂的
PA
在设计上都比较优秀，保证了良好的工作效率，但是我们在做
Application design
时候，应用场景会有所不同，适当的电路优化是很有必要的。
. g! m+ D# i0 ^1 l: X$ J5 U1 }
5 L5 D Z8 [" g) d1 S# l
如何优化
PA
的效率呢？本文介绍一种比较简单易行的
PA
输出匹配方法。主要步骤就是根据
RFMD
提供的
Load Pull
数据和网络分析仪测试结果，然后借助
Smith chart
软件进行匹配，最后进行调试验证。
( |. o/ T& P o* r5 V) \7 Z
. G; g4 Q! }' ?: g7 g# Q, _2 y% D$ D
本文通过一个实例，在一个手机板上优化
RF3166
的输出负载，匹配到最大效率点，并降低
RF3166
的工作电流。需要说明的是，本文提供的方法，并不仅仅用于减小
PA
的工作电流，在
PA
输出功率不足的时候，也可以用这个方法。对于
CADM
和
WCDMA
放大器调试也有一定的参考意义。
4 E7 L5 w4 y" N& @! u4 B
) X$ A' W( B# b g+ j9 B5 k2 X- [
4 E: e8 q$ o1 n+ ?! Z; ^
6 f9 d- D D$ h9 m/ }" Y
/ V9 { [& m- J) f) [
另外一个
B
板我们断开
B
的
PA
供电
Trace
，焊接另一个供电线给
PA
单独供电。给
B
的电池连接器焊接好电源线，以备使用，如果方便使用钩子供电，可以不用焊线。为什么要准备
2
个板子呢？是因为我们用
A
板得到的匹配元件，在
B
板子上进行测试验证。
: _3 K4 l2 j1 L' v/ [/ o
2 ?# Z2 C' q' i
- T7 w2 R8 D2 p# u! l( ~7 b
9 P* C3 N4 Y. |8 _+ X. g1 m; x/ e
- ~( c6 M+ A0 s/ f
4.RFMD
提供的
Loadpull
数据。
4 w) h. }: v: U4 k" V
5.
测试设备：
2 n# b4 |! z7 J4 B. s" r
高精度
Agilent
电源
2
台；
D& S' L X* r, x% j
大电容一只，放在主板
PA
供电线上，保证电源的稳定性；
4 u5 }, H4 q; Q3 X' `) p5 v& K
网分一台及相关配件，
8960
或
CMU200, 50
欧负载，
SMA
头
。
+ y+ g5 G. D7 x, x
二，确认没有优化前
PA
消耗电流
( C. t9 Z4 g9 q& O$ X$ m7 H8 |
% F* `4 z% c) }0 S$ R
) j! [( ~( Q3 x7 R3 l' h
- [. ^& H+ g" h3 }9 B
0 x( }9 i2 W5 W2 U- ]
5 p" W7 X2 r! p, O
四，测量
A
板
PA
输出阻抗
' |. j- z( }0 @ w( u w2 Z* m# D
# K' A4 f W. u$ I3 _/ g6 a
+ _2 E. R1 \4 j0 {, L$ V& \
$ _0 [ Y( H1 @$ W8 f) f
* ~! Y6 K& S7 L- G
3.
将电路板上的射频连接器焊接
50
欧负载。
t* J' H. Y6 ~: l
4.
找到天线开关
ASM
的真值表（
truth tabel
），我们打开电源，让天线开关处于常开状态。
* s2 f$ X5 G d7 U6 ^/ C5 H
5.
在网络分析仪上面观察
PA
的输出阻抗，根据
RF3166
的
Loadpull
数据，我们选择
897.5MHz
阻抗进行观察。
8 ^! |! Q4 y; s
$ S5 q) C! H6 S: c$ T
& s# T* F5 ?) I$ L, Y0 l( `6 B
/ k0 W. M, m2 |% D, v
. h/ T. R+ C! [1 K% Z7 o- p' r) L3 K
上图我们可以看到，需要并联一个
17.2nH
电感和串联一个
2.9pF
电容，这样可以完成阻抗变换。
5 ] c- b: v: q7 y: x5 K9 |- T$ ^9 j
! @" H; n0 y8 \4 G& K
; c b( _; {! [7 G
将匹配值在
A
板上面验证
- j( D. R5 r0 z4 b, p+ u0 h: p
, i9 ?0 B. N+ c% U3 g
1.
我们将匹配值在
A
板进行验证。
) A3 z9 Z/ G( V h" B% x
2.
选择电感
18nH
和电容
3pF
，从
PA
到天线方向，先串电容，后并电感。
m2 {: X4 n! F! p
3.
网分测试
897.5MHz
阻抗为
42-j25
，并没有和软件给出值相等。
- S1 |5 c% o! O j* s) n8 B
4.
根据测量结果，将器件修改为
15nH
电感和
3.3pF
，反复在在几个值附近调试，确定
3.3pF
和
15nH
最佳。
) A- }1 L# E: O& b3 x
6 [, o+ t% W* q4 g, p
将匹配值在
B
板上面验证
0 @4 ?- S" f4 ?& b
6 M2 @+ y, c6 m% t: T; X7 E
将
3.3pF 15nH
放到
B
板测试
PA
功率电流和功率。
* U9 l+ t/ K9 L" w$ S
我们看到屏幕电流下降为
150mA
，比没有优化前下降
30mA
。需要注意是，
Vramp DAC=750,
此时输出功率达到
32.2dbm
。
DAC
比以前有变化，我们需要修改
Radio default table
以适应这种变化。
( w- y6 g. U9 T5 A1 R
1 I9 |' ^: s) Z. P' n% ]
优化后整机（
PA
，
BB
）电流对照表（传导），图中数据使用采用未取平均。
; J2 A- T1 W8 Y3 N0 A* Y
7 C9 ]. G& A$ X2 E
/ P& V" Z+ T& Z% z, D/ d
& ~5 e1 K" C4 u+ R ^& g, _
; w$ q% E' n/ i" D5 u
5 y$ b/ U& R9 E8 E
! S0 Y# v C" @! @
六，小结
; M. D8 m* V i9 s: m4 B
: H' \& |1 V- a I4 N
以上我们要以一个实例演示了如何利用LoadPull优化
RF3166
的
GSM
频段工作效率，成功将平均电路从
180mA
降低到
150mA
，其他频段匹配步骤同样可以参考。在实验室过程中，需要反复调试才能慢慢体会一些细节情况，经验多了，才能迅速解决问题。
% `/ v& T" u3 V' f6 v
* J! v2 L" x, X+ K
另外，需要注意的一个地方。随着效率的提高，有些情况下，相同的输出功率，
Vramp
的电源会增大。有时候
PA
最大输出功率不足，或者输出功率随供电电压波动稳定性变差。因此，在保证良好效率的同时，同时兼顾
PA
最大输出功率裕量是否足够。
: u, P; Q5 \8 K) s
* G! ^! q( I( t4 w( l; ?+ W
在
Load Pull
上面选择输出阻抗点的注意事项：
* ?1 y/ X# X- p5 ~
# d4 R; i: j/ E+ b
1.
注意在效率和最大输出功率之间平衡。有时候，效率非常好，但是手机输出功率不足，比如只能够到
32dbm
，如果不断增加
Vramp
，可能发现
Vramp=2.1V
时候，功率依然不足，切换谱
Switching Spectrum
超标。
* p$ W2 J. o1 y* P: ?
2.
注意功率随信道变化的平坦度，选择点注意高中低信号的
Loadpull
数据，兼顾不同频率的阻抗匹配。
3 p% Q1 D. V; b" m
: U7 ]! F' E+ K2 ^8 S- P; o) c
0 z3 ~& e% {( o# ~. F: X5 P
更多精彩请加入“中国射频微波微信第一群”， 先加徐老师微信号：15989459034，注明公司，射频领域及方向，通过验证后加入。（注：本群属纯技术研讨群，销售代理等非射频技术人员勿加）！?
% c: g# K. }; L6 `& w3 ^
1. 本群2000人，成员涵盖了所有射频方向企业，高校，研究所。其中教授，总监，总经理，主任专家，海归，千人计划，长江学者，首席科学家，博士等400+人。
/ E# s( E* a) g& ~
2. 本微信群由“兴森科技-安捷伦射频高速实验室”射频负责人，《ADS2008/2011射频电路设计与仿真实例》《HFSS射频仿真设计实例大全》电子工业出版社，主编徐兴福建立。
欢迎光临 EDA365电子工程师网 (http://bbs.elecnest.cn/)
Powered by Discuz! X3.2
- [. ^& H+ g" h3 }9 B
+ _2 E. R1 \4 j0 {, L$ V& \
