WCDMA之ACLR改善之道

1.当你输出功率太大，会使PA操作在饱和区，产生非线性效应，如下图:而非线性效应，会衍生许多噪声，例如DCOffset，谐波，以及IMD(InterModulation)，如下图:1而三阶的IMD，即IMD3，其带宽会是讯号的三倍，因此会使两旁频谱上涨，如下图[1]:而IMD3，又牵扯到IIP3，IIP3越大，其产生的IMD3就越小。所以简单讲，ACLR就是TX电路IMD3的产物，测ACLR等于是在测你TX电路端的IIP3。由上式可知，如果输入功率小，使PA操作在线性区，或是这颗PA的IIP3够大，那么ACLR就可以压低。22.另外，厂商多半会有PA的Loadpull图，由上图可知，ACLR跟耗电流是Trade-off，这是因为PA的线性度与效率，是反比的，你ACLR要低，那就是IIP3要高，线性度要好，因此效率就低，耗电流就大。反之，你要耗电流小，那就是牺牲线性度，ACLR就会差。所以一般而言，调PA的Load-pull时，多半就是调到最常用的50奥姆，以兼顾ACLR跟耗电流33.WCDMA的TX是BPSK调变，非恒包络，因此其PA须靠Back-off，来维持线性度[1-2]。当然，Back-off越多，线性度越好(但耗电流也越大)。而WCDMA的方块图如下[1]:4PA输出端的Loss，例如ASM,Duplexer,Matching,走线的InsertionLoss，统称为PostLoss。如果你要达成TargetPower(例如23.5dBm)，一旦PostLoss越大，意味着你PA的输出功率就越大，如下式跟下图[3]:如果PA输出功率打越大，那就是Back-off越少，越接近饱和点，当然其线性度也越差，其ACLR会跟着劣化。54.由上图可知，PA的input，同时也是DA(DriverAmplifier)的Load-pull。如果PAinput的阻抗，离50奥姆太远，亦即此时DA的线性度不够好，ACLR就差，加上PA是最大的非线性贡献者，如果PAinput的ACLR已经很差，那么PAout的ACLR，只会更差。一般而言，一线品牌大厂，其PA输出端正负5MHz的ACLR，都要求至少-40dBc[1]。亦即表示PAinput的ACLR，至少要小于-50dBc，(由于DA的输出功率，远小于PA输出功率，因此ACLR也会来得较低，再次证明ACLR与输出功率有关)。65.LOLeakage跟DA产生的2倍谐波，有可能会在PA内部，产生IMD3，进而使ACLR劣化[4]。所以若在PA前端，先用SAWFilter把2倍谐波砍掉，可降低其IMD3，进一步改善ACLR。而若滤波器的陡峭度越好，则越能抑制带外噪声，因此理论上，使用BAW的ACLR，会比使用SAW来得好[1]。7而FBAR的带外噪声抑制能力，又会比BAW来得好，当然，有些平台，在PA前端，是没加SAWFilter的。而拿掉SAWFilter之后，其ACLR也不会比较差[1,4]。8这是为什么呢?其实由以上分析可以知道，PA前端的SAWFilter，之所以能改善ACLR，主要原因是抑制Transceiver所产生的OutbandNoise(包含谐波)。换言之，倘若Transceiver的线性度够好，所产生的OutbandNoise很小，其实PA前端是可以不用加SAWFilter的，但要注意，虽然PA前端的SAWFilter可抑制带外噪声，改善ACLR，但若其PA输入端SAWFilter的InsertionLoss过大，意味着DA需打出更大的输出功率，以符合PA的输入范围(若低于下限，则无法驱动PA)，如下式:9而不管是PA，还是DA，若输出功率越大，则ACLR越差，如下图[1]:若DA输出功率大，使得PA输入端的ACLR差，那么PA输出的ACLR，肯定只会更差。当然，若用FBAR，既可抑制带外噪声，InsertionLoss又小，是个风险低的方案，但成本不低。106.由下图可知，Vcc越小，其ACLR越差[5]:这是因为，放大器在闸极与汲极之间，会存在一个既有的寄生电容，又称为米勒电容，即Cgd，如下图[2]:11而当电压极低时，其Cgd会变大。上式是Cgd的容抗，当Cgd变大时，则容抗会变小，因此部分输入讯号，会直接透过Cgd，由闸极穿透到汲极，即上图中的Feedthrough现象，导致输出讯号有严重的失真。简单讲，低压会让PA线性度变差，因此若Vcc走线太长或太细，会有IRDrop，使得真正灌入PA的Vcc变小，那么ACLR就会差[6-8]。当然，除了PA电源，收发器的电源也很重要，否则若DA的电源因IRDrop而变小，使得PA输入端的ACLR变差，那PA输出端的ACLR，只会更差。127.在校正时，常会利用所谓的预失真，来提升线性度[1-2]:而由下图可知，做完预失真后，其ACLR明显改善许多，(因为提升了PA的线性度)因此当ACLR差时，不仿先重新校正一下。138.一般而言，PA电源，是来自DC-DCConverter，其功率电感与Decoupling电容关系如下[6-10]:由于DC-DCConverter的SwitchingNoise，会与RF主频产生IMD2，座落在主频两侧:虽然IMD2的频率点，只会落在主频左右两旁1MHz之处，理论上不会影响正负5MHz的ACLR。但因为一般而言，DC-DCConverter的SwitchingNoise，其带宽都很宽，大概10MHz。因此上述IMD2的带宽，分别为5MHz与15MHz，(WCDMA主频频宽为5MHz)，换言之，上述的IMD2，是很宽带的Noise，故会影响左右两旁正负5MHz的ACLR。14因此，如果能有效抑制DC-DCConverter的SwitchingNoise，便可抑制其IMD2，进一步改善ACLR。故可利用磁珠或电感，来抑制DC-DCConverter的SwitchingNoise，如下图[6-10]:我们作以下6个实验:15就假设DC-DCSwitchingNoise为1MHz，我们可以看到，在Case2,Case3,Case4，其1MHz的InsertionLoss都变大，这表示在DC-DC与PA的稳压电容之间，插入电感或磁珠，对于SwitchingNoise，确实有抑制作用。而由下图可知，其WCDMA的ACLR，也跟着改善。由于Case3的InsertionLoss最大，因此Case3的ACLR也确实改善最大。169.承第8点，DC-DCConverter的稳压电容，与PA的稳压电容，绝不可共地，因为该共地，对DC-DCSwitchingNoise而言，是低阻抗路径，若共地，则DC-DCSwitchingNoise，会避开磁珠或电感，直接灌入PA，产生IMD2，导致ACLR劣化。换言之，共地会使第8点的磁珠或电感，完全无抑制作用。而功率电感，磁珠或电感的内阻，也不宜过大，否则会产生IRDrop，使PA线性度下降，ACLR劣化。17因此总结一下，ACLR劣化时，可以注意的8个方向:1.PA输出功率2.PALoad-pull3.PAPostLoss4.PA的输入阻抗5.PA输入端的SAWFilter6.Vcc的IRDrop7.校正8.DC-DCconverterSwitchingNoise18Reference[1]WCDMA零中频发射机(TX)之调校指南与原理剖析,百度文库[2]极化调制之EDGE功率放大器,百度文库[3]多频功率放大器之输出损耗(PostPALoss)对效率与线性度之影响,百度文库[4]SAWFilter对WCDMA发射性能的影响,百度文库[5]SKY66001-11:2100to2200MHz,+19dBmLinearPowerAmplifier,SKYWORKS[6]上集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制上之剖析与探讨,百度文库[7]中集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制上之剖析与探讨,百度文库[8]下集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制上之剖析与探讨,百度文库[9]磁珠对GSM调制频谱的影响,百度文库[10]功率电感对GSM调制频谱的影响,百度文库19