4.11: Резюме

Last updated
Save as PDF

Page ID: 34215

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Реалізація ефективних підсилювачів потужності є одним з найбільш конкурентоспроможних аспектів РЧ та мікрохвильового дизайну. Підсилювачі потужності повинні працювати з високим ККД і, отже, робота сильно нелінійна. Конструкція лінійного підсилювача є лише приблизним керівництвом до проектування підсилювача потужності. Підсилювачі потужності істотно впливають на вартість і надійність РЧ передніх кінців. Це стосується підсилювачів базової станції, що виробляють сотні ват, і в рівній мірі стосується підсилювачів потужності телефону, що виробляють сотні міліват. Вартість силового транзистора є значною, і тому він повинен працювати близько до його потужності вихідної потужності. Важливо, щоб конструктор підсилювача потужності витяг кожен біт продуктивності з силових транзисторів, оскільки кожна десята децибела є значною.

У базовій станції вартість електроенергії для передньої частини РФ, багато в чому визначається підсилювачем потужності, і необхідним кондиціонером може бути значною частиною експлуатаційних витрат базової станції. За допомогою телефонів ефективність підсилювача потужності РФ впливає на час автономної роботи. Хоча відомо, як побудувати підсилювачі з високою ефективністю, поєднуючи концепції, представлені в цьому розділі, поєднання занадто багатьох концепцій може призвести до тривалих і дорогих зусиль проектування. Вартість конструкції та можлива необхідність ручного налаштування окремих підсилювачів можуть помітно підняти одиничну вартість кожного підсилювача. Вартість дизайну повинна управлятися, і дизайнери повинні враховувати вимогу щодо індивідуального налаштування підсилювача. Наприклад, не розумно налаштовувати окремі підсилювачі потужності телефону, але це для підсилювачів потужності базової станції. Компроміс для підсилювачів базової станції буде відрізнятися від компромісу для підсилювачів телефонів, які мають одиничні обсяги, які можуть бути на багато порядків більше. Підсилювачі трубки живляться безпосередньо від живлення акумулятора без регулювання напруги. Таким чином, конструкція підсилювача потужності телефону повинна боротися з обмеженими напругами живлення, які можуть падати при розряді акумулятора. Обмежена напруга живлення також обмежує вибір транзисторних технологій.

Як і у більшості аспектів проектування РФ, інтуїція та досвід важливі для керівництва початковим вибором топології. За цим, як правило, слідує автоматизоване проектування, а потім оптимізація на лавці. Всі підсилювачі потужності вимагають ручної, на стенді, оптимізації під час проектування, так як є багато ефектів, які не можуть бути повністю враховані в моделями, що використовуються в симуляторах мікрохвильових схем. Підсилювачі потужності повинні боротися з сигналами, середня потужність яких може значно варіюватися від пакету до пакета, і які можуть мати дуже велике співвідношення пікової потужності огинаючої до середньої потужності огинаючої (тобто великого PMEPR). Стандартна процедура проектування полягає в досягненні успішної топології та початкового макета за допомогою автоматизованого проектування. Потім навантажувальна тяга використовується в лабораторії для оптимізації умов навантаження для фактичних цифрових модульованих сигналів. Цілком можливо, що топологію, можливо, доведеться змінити, щоб врахувати необхідні зміни, виявлені під час навантаження.

Одним із значних витрат та джерел деградації надійності в трубці є використання декількох технологій для різних частин переднього кінця РФ. Це вимагає гетерогенної інтеграції, а не більш надійної монолітної інтеграції. Наприклад, в трубці хочеться реалізувати підсилювач потужності в кремнію, щоб він міг бути інтегрований з кремнієвим драйвером і іншою схемою. Однак в даний час більш доцільно отримати високу ефективність за допомогою складних напівпровідникових приладів, таких як транзистори HBT та PhEMT.

В ідеалі підсилювачі базової станції використовуватимуть кремнієві транзистори, зможуть ефективно підсилювати багато носіїв (з перевищенням PMEPRs\(20\text{ dB}\)) одночасно, мати можливість працювати від\(500\text{ MHz}\) до\(5\text{ GHz}\) та бути реконфігурованими для майбутніх непередбачених застосувань. Так само стільникові телефони повинні підтримувати кілька діапазонів, і важливим фактором є те, чи використовуються окремі підсилювачі потужності для кожної смуги. В ідеалі телефон буде використовувати один кремнієвий підсилювач потужності як частину RFIC, який містить решту переднього кінця РФ, досягти ефективності\(60\%\) або більше, і працювати від напруги живлення, які варіюються між\(2\) і\(3\) вольт.

Радіочастотний спектр зараз експлуатується поза межами,\(200\text{ GHz}\) і потрібні підсилювачі потужності від\(100\) мегагерц до більш ніж\(200\) гігагерц. В даний час підсилювачі з найвищою вихідною потужністю в цьому діапазоні об'єднують підсилювачі потужності на основі напівпровідників з технологіями підсилювачів на основі вакуумної трубки.

Конструкція підсилювача потужності - це компроміс доступних технологій, які дозволяють проектувати з керованими конструктивними та експлуатаційними витратами при досягненні необхідних потужностей та ефективності. Є великий компромісний простір і є значна можливість забезпечити конкурентні рішення.