最大化功率放大器的線性度不應伴隨著電信設備功耗過高或系統復雜性增加的警告。在此設計解決方案中，我們考慮了三種不同的線性化技術是否適合部署在5G電信基礎設施中，同時牢記這些限制。

介紹

“如果用胖魔術標記繪制在對數-對數刻度上，一切都是線性的。”這個所謂的“馬爾定律”提出了一個半開玩笑的觀點，即有時如何操縱數據測量以適應比現實更線性的輪廓。然而，對于功率放大器（PA）來說，實現高線性度沒有這樣的捷徑，而功率放大器（PA）是移動蜂窩通信基礎設施的核心。隨著 5G 或第 5 代蜂窩移動通信的展開部署，對這些放大器的性能提出了進一步的要求。

在這個設計解決方案中，我們介紹了5G電信技術有望帶來的功能和優勢，以及它將對PA設計提出的相關要求。然后，我們回顧了最常用的PA線性化技術，評估了它們是否適合滿足這些需求，然后介紹了一種低功耗線性化器IC，該IC有可能大大簡化PA設計，同時降低其在5G應用中的功耗。

5G 設計挑戰賽

與現有的電信技術相比，5G有望提供多種優勢。它將為更多的并發用戶提供更高的數據速率，同時延長移動設備的電池壽命。為了實現這一點，PA必須以盡可能高的效率和比目前更高的帶寬（高達100MHz）運行。

放大器線性度

完全線性的PA應該只產生所需輸入信號的放大版本。實際上，這樣的PA并不存在。相反，非線性會導致輸出信號失真，隨著放大器接近飽和點，失真量會增加（圖 2）。

圖2.輸出功率與失真之間的關系。

對于多音輸入信號，非線性會導致 PA 輸出端出現不需要的交調頻率（圖 3）。

圖3.PA生成的互調項。

降低PA失真需要使用某種形式的線性化技術。在以下各節中，我們將討論5G背景下最常見的線性化技術的操作和適用性。

退避

限制最大輸出功率電平，使整個信號位于PA傳輸曲線的線性區域內，是一種通常稱為“退避”的技術。這種相對簡單的方法的一個缺點是，隨著PA工作點進一步遠離其飽和點，放大器的效率（將直流電源轉換為RF能量的能力）會降低。滿足某些系統所需的信號峰均比（PAR）所需的回退量可能會將PA的效率降低至8%。這會導致更高的功耗、更高的系統實現成本和更大的散熱器。因此，退避不是在5G應用中實現可接受效率的合適線性化方法。

有源線性化

在不降低效率的情況下提高PA線性度需要一種稱為“預失真”的有源線性化形式。使用這種技術，可以“預測”PA固有非線性引起的失真量，并將其逆輸入信號路徑，從而相對于放大器輸出端的所需信號減小不需要的音調的大小（圖4）。這被指定為相鄰通道泄漏比（ACLR），應至少為-50dBc。

圖4.具有預失真線性化的PA輸出特性。

兩種常用的有源線性化類型是數字預失真（DPD）和射頻功率放大器線性化（RFPAL）。

DPD

如圖5所示，數字預失真（DPD）將預失真校正信號添加到信號鏈中最早點（即數字基帶）的所需信號中。

圖5.數字預失真系統實現。

DPD系統可以通過多種方式實現。雖然提供完全集成的版本（包括基帶、數字和RF），但某些解決方案具有獨立的數字基帶和分立RF。另一種變體包括帶有RF收發器（和DPD觀察路徑）的FPGA。然而，收發器的工作頻率是輸入信號帶寬的5倍，這大大增加了設計復雜性、尺寸和功耗（典型值為5W），這使得DPD不適合在小型低功耗應用中使用。

RFPAL

下面的圖6顯示了使用稱為RFPAL的替代有源線性化預失真技術的系統的高級框圖。

圖6.射頻預失真系統實現。

使用獨立射頻在/射頻外架構和自適應RF預失真技術，這種方法允許校正信號僅在需要的點（即PA的輸入）注入。這意味著系統可以使用更簡單、更小的發射器和基帶架構在較低的頻率（輸入信號帶寬）下工作，比DPD系統需要更少的功率。直到最近，使用RFPAL的最大線性化輸入通道帶寬僅為60MHz。 圖7顯示了克服這一限制的新型RFPAL IC。

圖7.SC1905 RFPAL典型應用電路。

該產品的工作頻率范圍高達3.8GHz，具有高達100MHz的線性化輸入信號帶寬。功耗僅為1280mW，與DPD解決方案相比，功耗降低了70%。圖8顯示了使用該線性化器的典型PA測得的ACLR和效率性能（5個非連續20MHz LTE通道，10dB PAR）。

圖8.使用 SC1905 RFPAL 的 PA ACLR。

對于37dBm的輸出功率電平，PA在-50dB ACLR時的效率為23%（在沒有RFPAL的情況下ACLR改進~8dB）。此外，由于該RFPAL器件已通過幾種常用PA（包括A類、AB類和Doherty）進行了評估，因此它有效地代表了“即插即用”解決方案，降低了設計復雜性、周期持續時間和風險。該 IC 采用 9mm x 9mm QFN 封裝，解決方案總尺寸（包括電源、散熱器和外殼）僅為 6.5cm2.此外，如果需要，可以使用混頻器對線性化PA信號進行上變頻，適用于高達6GHz的應用。

結論

5G電信設備將需要以比以往更高的帶寬和更高的效率運行。所用PA的線性度和效率將是滿足這些要求的關鍵。在本設計解決方案中，我們考慮了一些最常見的PA線性化技術。我們已經證明，退避不適合在5G設計中使用，但使用DPD作為有源線性化的一種形式可以提高整體線性度和效率。然而，這是一項高度復雜的技術，導致整體系統功耗增加，解決方案尺寸更大。我們可以得出結論，使用小型即插即用RFPAL IC可以實現更簡單、更低功耗的線性化形式，從而提高輸入信號帶寬高達100MHz的PA效率。它適用于各種應用中不同架構（A/AB/Doherty）、工藝（GaAs、GaN、InGa）和頻率（698MHz至3.8GHz）的PA。這使其成為5G無線蜂窩基礎設施和其他應用的最佳選擇。

審核編輯：郭婷