跟線性功率放大器一樣，在基于LINC的架構(gòu)中采用開關(guān)模式功率放大器也有線性化要求，以便為OFDM等先進(jìn)的調(diào)制方案提供高性能。線性化可補(bǔ)償AM至AM失真(壓縮)及AM至PM失真，從而可提供干凈的輸出信號(hào)，具有極低的帶外發(fā)射及帶內(nèi)誤差向量幅度(EVM)。

幾種傳統(tǒng)的技術(shù)可用于克服發(fā)射器中的線性度問題，如反饋、前饋及預(yù)失真。如下文所述，每一種技術(shù)都有其自身的優(yōu)勢(shì)及局限。功率放大器線性化技術(shù)的正確選擇取決于是否能夠相對(duì)輕松地應(yīng)對(duì)這些不同的局限。

在RF功率放大器中采用反饋技術(shù)并不容易。對(duì)于極不線性的功率放大器，必須實(shí)現(xiàn)很高的環(huán)增益才能達(dá)到所需的線性度。環(huán)路不穩(wěn)定性由寄生耦合、封裝寄生及瞬態(tài)電流的各種共振引起，因此反饋功率放大器可能會(huì)受到自發(fā)振蕩的影響。

不過，反饋技術(shù)可成功用于組合的上變頻器/功率放大器。此時(shí)，由于將大部分環(huán)增益分配給了更低的IF頻率(這些頻率不易產(chǎn)生共振)，高環(huán)增益問題可得到緩解。

圖8示出了一個(gè)將環(huán)增益分配給較低IF頻率的場(chǎng)景。從圖中可以看出，一部分輸出功率被下變頻到最初的IF頻率。結(jié)果，該環(huán)路將盡量使VRF調(diào)制等同于VIF調(diào)制。

為保證穩(wěn)定性，對(duì)于環(huán)增益大于1的任何頻率，閉環(huán)相位不允許達(dá)到180度。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可對(duì)參考頻率LO(用于對(duì)RF進(jìn)行下變頻)的相位θ進(jìn)行設(shè)置，以確保其具有安全冗余。一個(gè)重要的問題是θ值取決于溫度、處理參數(shù)及輸出功率，因而難以保證其穩(wěn)定性。

面向結(jié)合了獨(dú)立正交信號(hào)上變頻的收發(fā)器的反饋技術(shù)已被嘗試用于普通的功率放大器。這里，反饋環(huán)路中的正交下變頻將RF重新轉(zhuǎn)換成為兩個(gè)正交IF分量，準(zhǔn)備與最初的兩個(gè)正交IF信號(hào)進(jìn)行比較。由于復(fù)雜度的增加，以及對(duì)溫度和工藝比較敏感，這種架構(gòu)并未被廣泛采用。

非線性放大器的輸出電壓波形可以看作是輸入信號(hào)的放大復(fù)制品與一個(gè)誤差信號(hào)的合成。前饋架構(gòu)可以確定這一誤差，并將其從放大的輸出波形中去除(圖9)。

從圖9可以看出，一個(gè)等于功率放大器增益的因子削弱了該功率放大器的部分輸出信號(hào)。被衰減的輸出信號(hào)與最初的輸入信號(hào)進(jìn)行比較，以產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)。最后，該誤差信號(hào)按功率放大器同樣的增益進(jìn)行放大，并從其輸出信號(hào)中被剔除。在高頻下，如5GHz，前饋架構(gòu)中的兩個(gè)放大器都具有明顯的相移。這種相移必須使用兩個(gè)實(shí)時(shí)延遲單元進(jìn)行補(bǔ)償。

與反饋架構(gòu)不同，前饋技術(shù)天生很穩(wěn)定，即使每個(gè)部件存在較明顯的相移。但是，無源實(shí)時(shí)延遲單元會(huì)產(chǎn)生損耗，所能達(dá)到的線性度取決于每個(gè)減法器的信號(hào)的增益及相位(實(shí)時(shí)延遲)匹配。

假設(shè)增益失配為5%，相位失配為5度，則該互調(diào)產(chǎn)品的功率抑制將被限制為20dB。最后，為了不影響總的輸出功率，輸出減法器必須具有低功耗特性。

預(yù)失真架構(gòu)可提供飽和功率放大器的反向輸入/輸出(I/O)功能。預(yù)失真電路可在應(yīng)用于功率放大器之前，為大振幅信號(hào)提供增強(qiáng)的增益。另外，預(yù)失真電路還可提供反方向相位變化，以補(bǔ)償任何與振幅相關(guān)的插入相位。

預(yù)失真電路可工作于功率放大器的RF頻率，或者在上變頻之前工作于IF或基帶頻率，如圖10所示。如果預(yù)失真電路在上變頻之前采用，則既可以模擬實(shí)現(xiàn)，也可以數(shù)字實(shí)現(xiàn)。

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由于預(yù)失真不采用任何閉合反饋環(huán)路，因此沒有任何穩(wěn)定性問題。但是，要獲得精確的功率放大器反向輸入-輸出函數(shù)，則需大量的系統(tǒng)級(jí)及數(shù)字和RF IC設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)。

本文小結(jié)

與相應(yīng)的集成CMOS(或Bi-CMOS)器件相比，獨(dú)立的GaAs功率放大器具有許多顯著優(yōu)點(diǎn)。配套的接收器芯片中的計(jì)算引擎推動(dòng)了開關(guān)模式架構(gòu)等各類功率放大器的應(yīng)用，盡管先進(jìn)的調(diào)制方案一般還沒考慮采用這類放大器。另外，配套的接收器芯片的計(jì)算引擎還可將線性化技術(shù)應(yīng)用于功率放大器。

盡管D、E和F這三類開關(guān)模式放大器從理論上講都具有極高的效率，但D類的應(yīng)用受其漏極(集電極)寄生的局限，E類的應(yīng)用則受限于其高Q要求及對(duì)負(fù)載變化敏感。如果F類應(yīng)用于適當(dāng)?shù)氖瞻l(fā)器架構(gòu)并采用合適的工藝實(shí)現(xiàn)，則可提供滿意的性能，包括極高的效率。

對(duì)于采用先進(jìn)的調(diào)制方案且具有大的峰－均值比的無線設(shè)計(jì)，功率放大器的線性化對(duì)于獲得高效率及低功耗十分重要。三種常用的線性化技術(shù)(反饋、前饋及預(yù)失真)各自都有其獨(dú)特的工作要求及局限。