仿真采用数字预失真的Doherty放大器

以提供低阻抗匹配网络所需的极端长宽比指标。由于线路变得非常宽，模型精度会降低。因此版图的仿真采用了非常适合平面版图的平面电磁仿真器AXIEM。

图4的右半部分显示了网格状的电磁版图。这个版图经过了颜色编码处理，以便显示各种形状的直流连接特性。需要着重指出的是，没有必要将放大器版图手动输出到 电磁放大器，而是可以使用AWR公司的电磁提取技术轻松地将电路版图的目标部分发送到电磁仿真中，端口可以在那里自动添加。仿真得到的S参数结果用在了放 大器原理图中而不是模型中，因此可以得到更精确的解决方案。

接着用AWR公司的谐波平衡仿真技术进行电路建模。图5显示了晶体管的直流偏置线以及组成Doherty放大器的AB类和C类放大器的动态负载线。紫色曲线是AB类放大器的动态负载线，而绿色曲线是C类放大器的负载线。

图5：上面是Doherty放大器的晶体管在不同电压(a,b,c)时的偏置线和动态负载线。紫色曲线是AB类放大器的，绿色曲线是C类放大器的。随着输入功率增加，C类放大器开始导通。

从 图中可以看到，输入功率从+26dBm增加到+40dBm；C类放大器导通，促使输出电平增加。(注意：负载线包括封装寄生效应，这正是有负电压与电流值 的原因。)图6显示了完整放大器的输出功率(蓝色曲线和左轴)和PAE(紫色曲线和右轴)。效率增加到约56%，这要比单独使用AB类放大器或C类放大器 高出约7%。

图6：这些曲线显示了Doherty放大器的输出功率(蓝色曲线和左轴)和PAE(紫色曲线和右轴)。

通 过校正系统中的各种非线性和失配还可以进一步提高放大器的性能。有几种方法可以做到这一点。本文介绍的方法对于使用数字预失真的现代移动编码方案特别管 用。这种技术可以增加放大器线性工作的范围，从而减小失真。该分析使用了AWR公司的Visual System Simulator(VSS)软件。

图7：这是VSS中建模的放大器的校正拓扑。输入功率用I/Q表格值进行校正，然后通过整合提供校正后的结果。

VSS使用放大器的非线性系统模型来判断整个系统的响应。建模方法是用未校正过的放大器仿真同相/正交(I/Q)值，然后在VSS仿真器内创建校正 表格，如图7所示。校正因子针对各种输入电压计算出，创建想要的输出。输入功率乘以校正过的I/Q表格值。一旦计算出表格，它们就可以编程进放大器的控制 电路。这些表格不需要改变，除非放大器的工作状态发生改变，这时才需要重新计算。

图8：这是完整的VSS系统，使用的是完全符合规范的LTE输入信号。

图 8显示了完整的系统级分析，其中使用了完全符合规范的测试信号。在该评估中使用了长期演进(LTE)蜂窝信号。图9展示了放大器性能的改善，由频谱中的三 个信道表明。校正过的信号(红色曲线)与未校正系统(蓝色曲线)相比，减小了本底噪声。图10显示了校正过的AM-AM和AM-PM曲线。从图中可以看出 显著的改进：校正过的放大器输出功率增加了3dB，而且几乎消除了AM-PM失真。

图9：Doherty放大器的输入信道用蓝色曲线表示。图中显示了未校正(紫色曲线)和校正过(红色曲线)的结果。本底噪声降低了20dB。

图10：这些图显示了未校正和校正过的放大器的AM-AM和AM-PM测量结果。相位失真通过校正改善了30度，而输出功率增加了3dB。

本例至此使用了谐波平衡建模作为电路仿真方法。不过AWR公司提供了第二种方法来仿真电路，即电路包络仿真。虽然简单高效，但谐波平衡技术有它自己 的缺点。特别是它不能建模存储效应，只能仿真稳态性能。在本例的VSS中执行的系统仿真使用的是基于放大器AM-AM和AM-PM特性的非线性行为模型。 它并没有考虑存储效应或电路级问题，比如偏置网络中的电流。

另一方面，包络仿真是一种电路级仿真方法，仿真时间要比谐波平衡长，但支持仿真存储效应。图11显示了一个可能结果类型的例子(这个例子中使用了英飞凌制造的功放)。红色(非线性特性)和绿色(包络仿真)曲线有少许差异。频率的少许偏移是存储效应的特性。

图11：这张曲线图显示了多载波系统的频谱。

橙色曲线是经过数字预失真校正过的放大器，结果表明有明显的改善。输入信号用蓝色表示，传统非线性特性模型用红色表示，包络仿真用绿色表示，数字预失真电路 用橙色表示。由于包络仿真是一种基于电路的仿真器，它也能显示电路中各个点随时间改变的电流和电压。

总之，使用诸如 AWR公司Microwave Office的商用化电路仿真器可以简化基于数字预失真的Doherty放大器的设计，特别是当将电磁仿真用作建模过程的一部分时。另外，数字预失真网络 是在VSS软件中创建的，这有助于放大