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Polar PA和Linear PA主要有什么不同?在应用的时候怎么区分使用?

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
RT求助

polar pa 是应用饱和PA实现线性PA的功能,这种系统收发机比较复杂,但PA效率较高
linear pa 本身就是线性的,但是效率较低。

呵呵
最近刚好在研究这个,抛砖引玉
首先,你的说法欠妥,因为不能说Polar PA就不是nonlinear PA了。通常PA分为以下几类:
1. OPLL, 这个大概是6年前左右2G手机里transmitter的主要架构,现在似乎很少有人用了。
2. DCT,direct conversion transmitter,直接上变频发射机,跟零中频接收机相反,一步上变频到RF频率。
3. Polar transmitter,极坐标发射机。
下面主要讲讲2和3的区别:
通常一个调制信号不外乎两种调制的可能:调幅和调频,调制后的信号可以写成fc(t)=A(t)cos(wc*t + ph(t)), A(t)为幅度调制,ph(t)为角度调制。
如果我们直接先把相位ph(t)调制上去,再把幅度A(t)调制上去,就跟fc(t)=A(t)cos(wc*t + ph(t))表达式一样,fc(t)=A(t)cos(wc*t + ph(t))=A(t)*{cos(wc*t + ph(t))},这就是极坐发射机,第一步相位调制通过sigma delta PLL直接调频(正式点叫做DFM,direct frequency modulation),第二步幅度调制通过一个mixer把幅度信息和刚才的PLL output混频实现。这个是最直接的想法,但是之前一直很少有人采用,主要是因为难以实现:PLL loop 参数需要calibration比如RC, Kvco,相位调制和幅度调制的延时要通过calibration来保证一致,这两者主要通过digital方法来解决。现在的系统越来越多地采用polar架构,因为如刚才我们所说,它只需要一个基本上已经存在的PLL,和一个mixer,相比DCT直接上变频发射机而言,Polar的area小很多(最直接的是Tx的DAC没有了!),所以面积是第一个优点,第二个优点是Polar架构再也没有Tx Pulling的问题,而这在DCT里是一个头疼的问题,需要更复杂的方法来产生LO(如果在偏上集成bulan的话),第三个优点是对于像GFSK之类的恒包络系统,AM直接省掉了,真是太方便了。但是,Polar还有一个 重要的缺点,到现在为止所有Polar实现的transmitter,基本都是窄带,像WLAN种种宽带系统,目前仅仅有学术性的研究,工业界还没有能够实现的,其难点就在于对于宽带的系统,要求DFM(上文刚提过,角度调制的PLL)的带宽很宽,PLL的带宽宽了,麻烦就出来了,spur,noise什么的都难搞定。更要命的是这些角度信息再传到PLL sigma delta之前通常还会通过oversampling技术来获得一个好的spectrum mask,导致带宽更宽。所以这个暂时还是一个难题。总之Polar结构会越来越多,相信三五年之后WLAN这种也不在话下。不过我不喜欢这个架构,因为太依赖digital了,大公司才玩得起。
DCT,这个就太成熟了。fc(t)=A(t)cos(wc*t + ph(t))=I(t)*coswct - Q(t)*sinwct,先把角度调制和幅度调制转成既包括幅度信息又包括角度信息的IQ信号,IQ信号送到一个DAC,再混频上去通过PA发送出去。优点是简单明了,过去多数情况下页基本上是采用的这个架构,缺点就是没有Polar的优点。

楼上讲得不错,补充一些如下:
1. 目前在做的2G上的TX时都比较喜欢用Polar,因为Polar的发射效率比较高,还因为Polar的带外噪声可以做的较好,GSM系统TX的发射噪声很难做,DCT要做到SAW-less是蛮困难的,不过Polar的设计复杂度要比DCT高很多。而在3G的TX中往往采用DCT,因为3G中TX的功率控制范围很大,精度要求很高,信号带宽很宽,而噪声则没有GSM那么难,这点Polar不是太好做;
2. 不太清楚楼上说的幅度通路通过Mixer来做,Polar通过IQ转换为幅度和相位分开的方法,在最后一级PA进行幅度和相位的合成(比如漏极调制),其中在窄带系统中,相位调制通常可以用PLL来实现,而幅度通路可以通过AM放大器来实现(如Envelop Tracking)。在宽带系统中其实可以采用类似DCT中的Mixer的IQ调制方法进行相位调制,不过这也失去了Polar低噪声、抗Pulling方面的优点;
3. 说下小信号Polar和大信号Polar,小Polar就是后面还是要加一级PA,大Polar则直接输出大功率。小Polar在效率方面改善应该不大,大Polar从设计角度来说就更难了,像RFMD,TriQuint,Skyworks这样有实力的公司才有可能,小编所说的PA也许是这些公司提供大Polar-PA吧;
4. Polar的设计难点个人觉得有几个:第一,相位和幅度通路的Mismatch会造成EVM的恶化和频谱的扩展,因此往往需要预先进行时域的调整;第二,在宽带系统中直接用PLL进行相位调制很难,这是因为从IQ到PM的转换过程是一个非线性过程,也就是AM和PM的带宽要比IQ自身的信号带宽扩展了很多倍;第三,对于AM通路信号带宽也大大扩展了,为保证效率,AM通路往往采用高效率的放大器(类似于DC-DC),在漏极调制时,其输出信号的ripple又会影响TX的带外噪声;第四,调制信号在星座图上存在过零点,即信号幅度为零(且相位产生突变,2G中不存在该过零问题),这样在复杂调制方式下,对于漏极调制的PA能否实现幅度过零是个问题,因此在高峰均比调制方式下,个人觉得Polar的线性度得不到很好的保证。

都是牛人啊,学习中

都是牛人啊,学习中

都是牛人啊,学习中

请问buckaroocopylife 两位所在公司也在做Polar的研究么? 我对这个也很有兴趣。有的Polar结构还是需要DAC吧? 不知道大家对Outphasing构架有什么看法呢?

来学习

MARK 一下,牛人!

从11年到现在,这个polar是火啊,一定好好看看。

极坐标PA主要是把信号分为幅度信号和相位信号 这样相位信号就可以用非线性的PA来功率放大,效率很高!
线性PA主要是信号既调幅又调相 这样对线性要求大 只能用线性PA

好好看看

学习一下

本人毕业时论文题目也是和这个相关,当时只是略微研究了一点皮毛啊

学习入门中

还不错

buckaroocopylife 的结论很精辟。
从实践来看,GFSK调制后IQ混频linear PA,这个LO pulling的现象很难克服。
不知道polar里面,将相位调制放在PLL中,这个算法本身数字控制是否可靠?另外,这个polar调幅
还是应该要1路DAC+filter+mixer到PA的,和PLL这里的调相一起PA出去,时间上匹配现在设计
是否容易可靠实现。

初学polar,好多不懂。

从实践来看,GFSK调制后IQ混频linear PA,这个LO pulling的现象很难克服。
【确实,Pulling很难做到消除,不论是窄带系统还是宽带系统,可参考broadcom2014年isscc/jssc关于pulling migitation的方法,工作原理其实不复杂,而且是全数字实现】
不知道polar里面,将相位调制放在PLL中,这个算法本身数字控制是否可靠?另外,这个polar调幅
还是应该要1路DAC+filter+mixer到PA的,和PLL这里的调相一起PA出去,时间上匹配现在设计
是否容易可靠实现。
【随着高通、niujira、TI等公司在业界的推广,ET技术正逐步走向成熟,尤其是在4G领域,ET或者APT技术的优势已经非常明显;polar则更多的在学界研究还比较多(前两年博通还做过一个3G的PLL调相Polar,Infenion做过一个数字polar),很多采用的是数字化(数字化PA和数字化包络)的方法,所以也就不需要DAC、LPF等模拟模块,但是数字化设计对于TX严格的带外杂散辐射是一个挑战,至于time alignment,不论是在ET还是在polar中,都是必须要的,带宽越宽,时间精准性越高,在LTE中至少需要对准至纳秒级】

请问ET,APT技术是分别指什么?
Volare_copy,你能提供一些精辟的文章名吗?我研究学习学习。

ET:Envolpe Tracking;
APT:Average Power Tracking;

ET可以参考IEEE的论文,主要是IMS、MTT、JSSC等文章,公司的话参考高通、Nujira等,不过资料很难搞,另外老外的很多专利不错的。

是的 但是IQ的正交上变频需要2个DAC可以省去一个另外 polar下的DAC的位宽可以比较小

正在努力学习!

学习学习

APT是平均功率跟踪,ET是包络跟踪,ET其实就是APT的升级版,主要是PA电源上的东西,PA内修改了哪些,这个我也不清楚,两者主要用于降低系统的功耗。
APT的话,现在应该找到的资料比较多了,国内自己都能做,ET的话,可以找找高通的资料

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