功放PA LoadPull效率优化实例

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前言
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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。
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! S9 g% g) ?& _; a4 C( F# `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。
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1 D" r) \0 G# t. ^& x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。




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。

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8 l4 {& T" e" H( m* Q# T3 ~- e4.RFMD提供的Loadpull数据。
! \: L% R. A$ N8 u5.测试设备：
  K8 m& G3 W# }2 w高精度Agilent电源2台；
大电容一只，放在主板PA供电线上，保证电源的稳定性；
网分一台及相关配件，8960或CMU200,  50欧负载，SMA头。
% N& Z6 m% T7 ~/ ?) U) g二，确认没有优化前PA消耗电流
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四，测量A板PA输出阻抗
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. K" W2 X3 ?+ F! t0 ^3.将电路板上的射频连接器焊接50欧负载。
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。
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。
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7 ^1 A: `( i/ j9 w0 t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。
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将匹配值在A板上面验证
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0 N" C: Z4 x' F) U0 F4 g1.我们将匹配值在A板进行验证。
8 ~# R3 p% n6 D8 t4 g2.选择电感18nH和电容3pF，从PA到天线方向，先串电容，后并电感。
3.网分测试897.5MHz阻抗为42-j25，并没有和软件给出值相等。
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。

将匹配值在B板上面验证

将3.3pF 15nH放到B板测试PA功率电流和功率。
" v8 A+ N+ Z: r, |2 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。

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。
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六，小结
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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。
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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。
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( x# D! \' F# Z3 P在Load Pull上面选择输出阻抗点的注意事项：
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3 s0 C" A& W( X. Z- b1.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。
% r$ O3 U2 D% h; O" Z# A2.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。
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