62用ADS进行功率放大器设计及线性化半实物仿真

AgilentMeasurementForumPage1利用ADS进行功率放大器设计及线性化半实物仿真AgilentMeasurementForum日程安排•功放模型•功放匹配阻抗确定•具体匹配电路实现•电磁效应仿真•使用调制信号进行激励•半实物DPD仿真•总结Page2AgilentMeasurementForum功放模型Page3在能够获得厂商模型的前提下，功率放大器仿真可以获得和实测非常接近的结果。但目前能够获得的模型主要为民用频段的放大器管芯。AgilentMeasurementForum从功放厂商网站下载模型Page4AgilentMeasurementForum1st,Sep2008Page5使用模型进行功放仿真电路版图ADS仿真环境设置功放型号：6S19100功率:34WAgilentMeasurementForumPage6测试数据(Measurementresults)ADS仿真数据(Simresults)差异是因为滤波网络的电容具体位置不一致、板材加工精度、元器件误差、实际测试引入误差（半钢电缆的插损、SMA接头插损、接头和微带线的不匹配等）等导致。基本一致功放测试/仿真比对AgilentMeasurementForum厂商不提供模型怎么办？针对MA/COM等军用放大器生产厂商，通常不能拿到管芯模型，设计师只能依据S参数、厂商提供点频阻抗进行设计，仿真意义不大。Page7AgilentMeasurementForum功率放大器X参数提取Page8AgilentMeasurementForumX参数导入及建模Page9在ADS2009之后，使用插件可以将NVNA测得的X参数导入ADS，并自动生成PHD模型供仿真使用。AgilentMeasurementForumPHD模型调用Page10可以从模型库中调用生成的PHD模型用于仿真。AgilentMeasurementForum单音Loadpull设置Page11根据设计重点（昀大传输功率、高效率、高线性度等）来选择适当的输入、输出阻抗。AgilentMeasurementForum单音Loadpull结果Page12AgilentMeasurementForum双音Loadpull结果Page13AgilentMeasurementForum匹配电路实现——阻抗匹配综合Page14ADS拥有功能非常强大的阻抗匹配工具，可以自动综合多种匹配网络、并进行成品率分析。AgilentMeasurementForum匹配电路实现——使用史密斯圆图Page15史密斯圆图更适合于工程师进行高级匹配网络构建。AgilentMeasurementForum匹配电路实现——一步步接近真实Page16使用传输线模型快速优化匹配网络；使用电磁场模型更精确考虑阻抗跳变、直流馈电网络等影响。AgilentMeasurementForum电磁效应仿真——整版电磁场仿真Page17AgilentMeasurementForum电磁效应仿真——考虑频蔽盒效应Page18只需要导入层叠文件并正确设置层信息，ADS可以构建三维频蔽盒特征。AgilentMeasurementForum电磁效应仿真——使用有限元法考虑频蔽盒效应Page19AgilentMeasurementForum在原理图中进行联合仿真Page20AgilentMeasurementForum使用调制信号进行激励——ACPR仿真Page21AgilentMeasurementForum使用调制信号进行激励——BER仿真Page22AgilentMeasurementForum使用调制信号进行激励——BER半实物测试Page23AgilentMeasurementForum使用调制信号进行激励——BER半实物测试结果Page24AgilentMeasurementForum反向设计Page25AgilentMeasurementForum功率放大器控制电路联合调试——传统方法Page26AgilentMeasurementForumComplexGainAdjustInputSignal,ViMod&UpconvDACDemod&DownconvADCLook-UpTableAdaptationAlgorithmDelayToAntennaPAFeedbackSignal,Vfb•数字预失真技术为多载波功放带来高线性度、高效率、宽带宽及低成本•ADS中的线性化设计指导帮助工程师用实际的被测件来进行数字预失真实验~25dB()iVFViVpVo()pVG数字预失真技术ESGE4438CVSA89641ADUTAttenuatorIEEE1394LANorGPIB10MHzExtRefOutEvent1Out10MHzExtRefInExternalTriggerESGE4438CVSA89641ADUTDUTAttenuatorIEEE1394LANorGPIB10MHzExtRefOutEvent1Out10MHzExtRefInExternalTriggerMCPAPage27AgilentMeasurementForum1.在无线调制信号中加入三角波训练信号来获取功率放大器的特性2.使用自适应算法计算复查找表（LUT）中的系数3.使用输入信号的包络幅度来决定查找表中的地址，将对应系数应用到复增益调节器（乘法器）上4.预失真信号能够抵消功率放大器产生的非线性()iVFViVpVo()pVG数字预失真器功率放大器数字预失真技术实现步骤Page28AgilentMeasurementForum操作原理（1）——理想Pout线性化设计指导文档包括了详尽的自适应数字预失真教程LinearOutputInputPowerPinPin-pdOutputPowerPoutPout-pdDesiredOutputSaturationPsatMaxCorrectablePin•输出功率Pout对应输入功率Pin•Pout-pd是加入了数字预失真后的理想输出功率Page29AgilentMeasurementForum操作原理(2)——工作区outPLinearResponseInputPowerOutputPowerSaturationPsatpd-outPOperatingregionwithpredistortionOperatingregionwithoutpredistortionθo-pd=kθoutInputPowerOutputPhasePiPi-pdDesiredOutputLinearOutputPage30AgilentMeasurementForum操作原理(3)——预失真实现•功放的增益G被描述为和输入信号幅度Vp相关的函数.•数字预失真器DP放置于功放之前，在信号Vi经过功放放大前加入DP的复增益函数F•和增益函数G相同,F同样是基于数字预失真器输入信号幅度Vi的函数•因此，DP和PA的串联电路在如下情况时将产生线性相应：F(|Vi|)G(|Vp|)=k,此时k为常数，且Vp=ViF(|Vi|).()iVFViVpVo()pVG数字预失真器(DP)功率放大器(PA)Page31AgilentMeasurementForum操作原理(4)——找寻LUT系数ComplexGainAdjustInputSignal,ViMod&UpconvDACDemod&DownconvADCLook-UpTableAdaptationAlgorithmDelayToAntennaPAFeedbackSignal,Vfb查找表(LUT)按照输入信号的包络来划分地址反馈信号应该是输入信号的线性放大自适应算法改变LUT的系数来使得反馈信号及延迟的输入信号之差趋近于零Page32AgilentMeasurementForum操作原理(5)——自适应算法自适应算法基于开环增益H的判定。线性响应要求对于任何信号，F(|Vi|)G(|Vp|)=k.若Glin=k,自适应算法必须使得开环增益趋近于1()iVF()iVF()pVG()pVGAvgLinearGain,GlinViX1X1()()0j1VGVFGVVH1pilinfbi×+⇒⋅=′=VpDelayiV′1/VfbToAntennaH1开环增益的倒数Page33AgilentMeasurementForum操作原理(6)——LUT映射在查找表(LUT)中，Ln,每个n对应于一个输入信号幅度。在计算开环增益后，LUT中的系数将被更新（或者调整增益以减小变化率来获得收敛）开环增益的倒数jn1-jnjHLL′=WriteAddressLUTNComplexEntriesConvergenceControljH1′1-jLjL0jL1jL2jL1-NjLMLUT0jL0jL1jL1jL2jL2jL1-NjL1-NjLMMLUTjH1Page34AgilentMeasurementForum线性化设计指导•针对不同的线性化方案提供详细的设计辅助:前馈、RF预失真、使用非线性器件实现线性化、模拟预失真、笛卡尔反馈、数字预失真等Page35AgilentMeasurementForum实例展示在进行系统闭环仿真时使用PA的行为级模型（如X参数），也可以使用子电路通过包括仿真来实现联合仿真。在进行系统仿真时，使用自动验证模型（AVM）能够大大减短仿真时间。信号源使用WCDMA的数据，故无需使用无线通信协议库。Page36AgilentMeasurementForum实例数据显示——时域波形训练序列——三角波第一次迭代二至六次迭代，趋于稳态Page37AgilentMeasurementForum数据显示——输入输出信号误差1stRamp2nd-6thRampPage38AgilentMeasurementForum数据显示——查找表数值幅度系数相位系数Time(Samples)Page39AgilentMeasurementForum数据显示——频谱预失真后输入信号校正后PA输出Page40AgilentMeasurementForum使用ADS和安捷伦仪表连接进行实现ESGE4438CVSA89641ADUTAttenuatorIEEE1394LANorGPIB10MHzExtRefOutEvent1Out10MHzExtRefInExternalTriggerPage41AgilentMeasurementForumESG矢量信号源仿真第一步：载入设计指导目录中的ESG仿真模版首先执行第二步：载入ESG模版以及LUT的系数文件初始化LUT系数Page42AgilentMeasurementForumESG仿真——训练信号5000100001500020000250003000035000400000450000.20.40.60.80.01.0SampleNumberMagnitudeComplexAdjustInputSignal训练三角波插入到无限通信源中，插入额外的帧来保证训练信号长度只占总时间的很小一部分。Page43AgilentMeasurementForumESG仿真——信号校准每一种无线信号都有自己特定的动态范围或峰均比特性。在仿真中需要对其进行归一化。使用测试台“Test_PAR_ofModSig…..”来进行多种单载波或多载波信号峰均比的仿真Page44AgilentMeasurementForumESG仿真•VSA设置文档VSA_Setup_One.set被复制到ADS工程目录下/datadir•在VSA中调用设置文档，更改载波频率InputScaling=active&ScalingFactor=1校准输入幅度为1Page45AgilentMeasurementForumAdvancedDesignSystem•Readdatafrom,downloaddatatoandsetupaninstrumentConnectionManager•UNIXConnectiv