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。

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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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。

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$ w. p  Q# i4 |7 C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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9 C/ S. u: g/ ~# n( P7 A4.RFMD提供的Loadpull数据。
: T4 c0 K/ G, g1 _) _0 R- }" i: a5.测试设备：
) K$ q1 b- ^8 l- D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。
二，确认没有优化前PA消耗电流


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% P) B5 Q" a2 U: c9 i5 d9 w- I9 u* a四，测量A板PA输出阻抗
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3.将电路板上的射频连接器焊接50欧负载。
7 X3 S, m$ x* e" ]2 W6 x% a4.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。
" h$ e& L/ S/ y, ?# j1 w! P8 u! `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。




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。


& }) M8 A. s5 h$ y& }) ~将匹配值在A板上面验证

  n2 _+ |" d  }% t( D1.我们将匹配值在A板进行验证。
0 r7 @6 \2 E. g+ Y1 s2.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。
) I7 }% w- P& a$ F4.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
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" {8 m9 r/ v  J将3.3pF 15nH放到B板测试PA功率电流和功率。
: w- [" y+ G  b( p+ q- Y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。
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# L2 R% V( ?- B# P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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" j5 n" u# v. ]2 ^2 Z六，小结

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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# T: X0 ?; X! A& l6 ?- s2 m5 b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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! Y+ |$ l( }" u在Load Pull上面选择输出阻抗点的注意事项：

/ d4 g+ V- I( v5 ~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。
, l9 ~' L/ K: C) v1 |$ D2.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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