- 探究EDGE功率放大器在手機上的應用
- 功率放大器模式轉換與輸入信號的時(shí)序關(guān)系
- 采用線(xiàn)性發(fā)射架構
- 與8PSK混合發(fā)射
在GSM系統，EDGE可說(shuō)是進(jìn)一步增加數據傳輸速率。通過(guò)調變方式的改變、編碼以及多傳輸時(shí)槽進(jìn)而達到3倍的傳輸速率。從1999年EDGE標準的制定至今，EDGE網(wǎng)絡(luò )已有多被許多國家及其電信業(yè)者所采用，根據全球行動(dòng)供貨商協(xié)會(huì )(GSA，Global Mobile Suppliers Association)最近的統計，已有307種包含EDGE功能的設備發(fā)表。市場(chǎng)研究機構Strategy Analytics統計及預估，2006年EDGE手機市場(chǎng)約為1.6億支，在2005-2010年間，EDGE/WCDMA手機市場(chǎng)將會(huì )有51%的年復合增長(cháng)率(CAGR)的大幅增長(cháng)。
目前市場(chǎng)上有3種EDGE射頻端的解決方案可供手機制造商選擇，除了GMSK模式還要能同時(shí)支持8PSK模式。此3種分別為極性調變(Polar Modulation)、極性環(huán)(Polar Loop)以及線(xiàn)性發(fā)射(Linear EDGE)架構。
就線(xiàn)性發(fā)射架構而言，所使用之功率放大器必須能夠操作在飽和模式(Saturated Mode)與線(xiàn)性模式(Linear Mode)。當手機操作在GSM時(shí)為GMSK調變，而GMSK為一固定振幅(Constant Envelope)，功率放大器所產(chǎn)生的失真對其影響較小，故此時(shí)功率放大器可操作于飽和區，即非線(xiàn)性區，來(lái)提高效率。當手機操作于EDGE模式時(shí)，是以一種改變振幅與相位的線(xiàn)性調變方式即8PSK調變，也因此對于功率放大器的線(xiàn)性度極為要求，以防止信號失真。
與8PSK混合發(fā)射
EDGE是使用TDMA的時(shí)槽架構(Time Frame Structure)，因此在多個(gè)發(fā)射時(shí)槽及混合發(fā)射模式時(shí)，功率放大器會(huì )有不同操作模式即8PSK切換GMSK或GMSK切換8PSK。而在時(shí)槽(Burst)與時(shí)槽之間必須將功率放大器所產(chǎn)生的功率降到最低，以免造成輸出射頻頻譜變差或不符合ETSI的規范。因此對于時(shí)槽與時(shí)槽間的輸入與控制信號時(shí)序(Control Timing)以及信號大小必須規范與遵守，如圖3所示。以下是使用RFMD線(xiàn)性功率放大器RF3158以3個(gè)發(fā)射時(shí)槽，GMSK→8PSK→GMSK為例。
信號產(chǎn)生器輸出的波形
首先使用信號產(chǎn)生器產(chǎn)生3個(gè)時(shí)槽，以Agilent Signal Generator E4438C為例，其設定如下：
1. Mode→ EDEG mode。
2. Data Format→ Framed。
3. Frame Trigger→ Continuous。
4. Configure Timeslots→ Multislot off，TS=TSC0并設定時(shí)槽。Normal代表此時(shí)槽為8PSK調變。
5. 輸出功率=2dBm。
此時(shí)將信號連接至頻譜儀以zero span觀(guān)察，即可看出所設定的信號。由于信號產(chǎn)生器所產(chǎn)生的輸出信號為功率放大器的輸入信號即為RFin，理論上，在GMSK mode，波形上升時(shí)間越短越好，而在8PSK mode則是要求平緩上升，才不會(huì )影響輸出射頻頻譜(ORFS-Output Radio Frequency Spectrum)。而Agilent E4438C在調整輸出波形(burst shape)不論是上升時(shí)間、上升延遲、下降時(shí)間或是下降延遲都是以一個(gè)GSM時(shí)間框架內有設定為發(fā)射的波一起調整，EDGE與GMSK混合信號
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仿真與實(shí)驗
信號產(chǎn)生器設定好后，將其它設備與RF3158評估板連接 。以信號產(chǎn)生器的EVEN 1為任意波形產(chǎn)生器的觸發(fā)信號，將編輯好的Tx_Enb、Vramp與 Vmode的波形加載任意波形產(chǎn)生器并連接至評估板，為了容易觀(guān)察信號間的時(shí)序關(guān)系也就是希望將RFin 、RF Out、Tx_Enb、Vramp與VMode同時(shí)顯示于示波器上，將通過(guò)頻譜的Video Out將功率放大器的RF Out 與 RFin射頻信號轉換成電信號并 顯示于示波器上，在此建議以VMmode為示波器外部觸發(fā)信號，亦可將VMmode接到示波器的Ext Trigger in 以增加示波器的埠位使用。完成信號的設定與儀器的連接后，即可將電源及信號依續打開(kāi)。
功率放大器模式轉換與輸入信號的時(shí)序關(guān)系
當線(xiàn)性EDGE 功率大器工作于GSM模式時(shí)，功率放大器工作于飽和模式，此時(shí)Vramp控制功率放大器晶體管之集極電壓(Collector Voltage)使輸出波形與功率大小符合所需的要求與ETSI的各項規范。當切換至EDGE模式時(shí)，功率放大器工作于線(xiàn)性模式，此時(shí)功率放大器晶體管之集極電壓固定偏壓于3.6V，Vramp則提供功率放大器晶體管的基極偏壓(Base Bias)，控制其偏壓電流，使功率放大器工作于線(xiàn)性區，如同一增益模塊(Gain Block)，輸入的射頻信號與輸出功率成一線(xiàn)性增益關(guān)系。
而RF3158支持GPRS Class 12的50%的發(fā)射周期(Duty Cycle)，此意味著(zhù)可能同時(shí)發(fā)射兩個(gè)混合模式時(shí)槽。也因此，功率放大器在兩個(gè)時(shí)槽之間也就是保護時(shí)段(Guard Period)須完成模式轉換。此轉換時(shí)間可稱(chēng)為穩定時(shí)間(Settling Time)。
當VMode由High 轉為L(cháng)ow代表功率放大器由為8PSK的線(xiàn)性模式切換為GMSK的飽和模式，此時(shí)RFin要降到最低且低于-40dBm(建議值)的輸入功率，Vramp則需降到約0.3V，而Tx_Enb關(guān)掉1QB(Quarter Bit，1QB約為0.92us)有助于縮短穩定時(shí)間 (Settling Time)。穩定時(shí)間是由于功率控制回路與Vramp引腳內的低通濾波器所造成，而Tx_Enb關(guān)掉可提供一放電路徑。
當我們將RFin于VMode轉為L(cháng)ow后2QB的時(shí)間打開(kāi)，很明顯的，可于8PSK與GMSK之間的保護時(shí)段看到一突波(Spike)。由此可知，功率放大器于模式轉換期間，在未完成穩定時(shí)間，未將RFin信號降至<-40dBm或輸入RFin信號，將產(chǎn)生突波造成輸出射頻頻譜之功率轉換瞬態(tài)所產(chǎn)生的頻譜(Output Radio Frequency Spectrum-Spectrum due to switching transients)變差，甚至無(wú)法通過(guò)規范。
除了輸入信號的時(shí)序關(guān)系，另一個(gè)會(huì )影響功率轉換瞬態(tài)頻譜的是保護時(shí)段期間RFin的信號大小。此實(shí)驗可通過(guò)另外一臺信號產(chǎn)生器來(lái)提高保護時(shí)段期間RFin的信號大小，來(lái)實(shí)驗RFin于保護時(shí)段時(shí)至少要低于多少，才不至于導致突波。圖20為原本的信號，保護時(shí)段期間RFin的信號大小為-74.32dBm。此時(shí)，外加一臺信號產(chǎn)生器產(chǎn)生一連續信號通過(guò)合成器(Combiner)將兩信號合成后，輸入功率放大器。圖21為兩信號產(chǎn)生器的合成結果。通過(guò)此一實(shí)驗，可得知由收發(fā)器(Transceiver)所產(chǎn)生的最小的輸出功率不要超過(guò)-33dBm。
