包络跟踪基础原理与测试方案

因此，在给定的输出功率下选择最优的Vcc电平是一个需要反复迭代的设计过程，而且需要能够快速地做出可靠的测试设计决策。

3、包络跟踪测试挑战

包络跟踪测试使得原本就复杂的系统变得愈加复杂。为了让功率放大器成功地执行一项包络跟踪计划，射频基带波形和供给电压之间必须紧密同步。如图5所示，一个典型的包络跟踪测试系统包括一个射频信号发生器和分析仪、用于控制功率放大器的高速数字波形发生器以及一个用于为放大器供电的电源。

图5、典型的包络跟踪测试装置

4、电源

包络跟踪测试所面临的一项重要挑战是电源波形对高带宽的需求。包络波形对带宽的需求通常远大于射频波形的需求。为了分析这一现象，我们以图2 中所示的电压-输出功率曲线和一个10MHz带宽的LTE信号为例。 图6给出了PAE最优化时的Vcc波形和对应的LTE信号的功率-时间曲线。经过频谱分析表明Vcc 波形的带宽至少比射频波形的大三倍。高带宽需求源于两个因素：一是Vcc是射频功率的函数；二是LUT中的下限（如图2中所示）导致了削波失真。

图6、10MHz LTE信号的Vcc波形和PvT曲线

事实上对于20MHz LTE波形来说，Vcc波形至少应该有60MHz的带宽——如图7所示。而且当出现宽带数字预失真时，Vcc波形所需的带宽常常高达实际射频信号带宽的5倍。下面我们会介绍，任意波形发生器(AWG)不仅需要有较宽的带宽，而且需要有很高的时间分辨率。

图7、10MHz LTE波形频谱和PAE最优化时的Vcc频谱

关于供电电压，我们面临的第二项挑战是，任意波形发生器提供的电流不足以支持功率放大器的运行，而且电源的带宽无法满足ET的需求。解决这一问题的方法是使用功率调节器来驱动功率放大器，该功率调节器则由直流电源和任意波形发生器产生的调制Vcc信号来驱动，如图5所示。

5、仪器同步

包络跟踪测试所面临的最大挑战是确保射频信号发生器与任意波形发生器之间的同步。当我们基于输入功率选择最优化Vcc值时可以使功率放大器的PAE达到最大，但仪器间较差的同步会使得Vcc值时可以使功率放大器的PAE达到最大，但仪器间较差的同步会使得Vcc值相对于给定的输出功率来说太高或太低。

考虑Vcc波形滞后于射频波形时的情形：当波形处于峰值功率时功率调节器将无法为设备提供足够大的功率。因此射频输出将会比期望的输出功率低几分贝。而且出现波形峰值后，功率调节器将提供远高于放大器需求的功率，导致效率降低。当Vcc先于射频波形时会出现类似的情况。射频信号发生器与任意波形发生器不仅需要同步，而且这种同步必须是可重复的。

6、基于PXI的测试解决方案

仪器同步是包络跟踪测试设备的一个重要规范。由于需要满足严格的同步要求，PXI平台无疑是应对包络跟踪测试挑战的理想选择。在PXI测试系统中，模块化仪器之间通过包含若干条时钟和触发分发线的机箱背板互连。这种单机箱集成简化了仪器安置并提高了系统的同步性。除了PXI的先进硬件和NI矢量信号收发器外，LabVIEW软件环境也提供了实时生成和可视化信号的功能，助您提高应用程序的开发和测试效率。

包络跟踪功率放大器通常必须与RF信号发生器结合使用，且Vcc同步抖动需小于1 ns，这就要求测试设备的抖动必须远远低于这个值——最好是100 ps左右。PXI可借助T-Clock的背板同步程序实现紧密同步。T-Clock是一种用于对齐采样时钟和启动触发器的机制，以使所有设备同步生成信号。例如，NI PXIe-5451 AWG 和NI PXIe-5644R矢量信号收发器经过基准测试，可实现低于50 ps的最大同步抖动，因而可满足这一需求。

实现射频信号发生器与任意波形发生器的同步只是我们所面临的一部分挑战。经调制的Vcc信号和RF波形在到达不同的放大器前经由不同的路径，因而具有不同的延迟。因此，以编程方式来使Vcc波形滞后或先于RF信号对于在放大器处以纳秒级偏斜对齐调制电源和RF信号是非常重要的。

使Vcc信号以任意波形发生器样本的整数倍相对于RF信号延迟的一种简单方法是在生成脚本的开头嵌入‘等待’循环。为了获得更精准的延迟，可以使用数字滤波器调节矢量信号收发仪中FPGA上软件或硬件的RF波形。采用硬件方法的优势在于其执行时移的速度远快于同等的软件滤波器，从而减少了确定任意波形发生器和矢量信号收发仪之间最佳对齐所需的时间。在400MS/S的额定Vcc采样率下，可以实现任意皮秒级的延迟。

该测量装置需要的最后一个测试元件是能够供电和测量的电源。由于功率放大器需要较高的转换速度，该应用往往更倾向于使用电池模拟器，而不是标准源测量单元。注意在某些情况下，如果要对具有MIPI接口的功