如何应对TD-SCDMA对射频子系统的挑战(图)
在3G标准中,TD-SCDMA以其智能天线、联合检测、上行同步等多种创新技术特征,获得频谱效率高、支持不对称数据业务、系统性价比高等优势。同时,也为研发工程师带来不同于其他3G系统的设计挑战。
具体到射频子系统的设计上(如图1所示),在信号的时隙控制,多载波线性度恶化,整机的效率限制,以及多通道的增益平衡方面都需要认真加以考量。针对TD-SCDMA射频子系统内有特殊技术要求的不同模块,下文将分别详细讨论其设计难点及解决方案。
选择开关
TD-SCDMA因其工作于时分双工(TDD)模式,必须采用开关控制。同时,考虑到降低能耗,减少散热以及射频单元尺寸,也要求对发射机进行功率控制。针对小功率器件,可采用电源开关控制的模式;针对大功率器件,可以考虑偏置控制。
图1：TD-SCDMA射频子系统框图。
虽然开关在TD-SCDMA系统中是必选项。但是长期困扰射频工程师的问题是----很难选到功率承受能力足够大的开关器件,采用开关组件价格太贵。我们可以考虑两种解决办法。对于小功率输出的TD-SCDMA基站,可以考虑一些新近上市的高功率单片开关,如泰科(Tyco)旗下的M/A-COM公司的MASWSS0006,其0.1dB压缩功率可达39dBm、插损0.4dB、开关时间小于40ns。采用SOT-26封装,非常适合TD-SCDMA应用。
对于大功率输出的TD-SCDMA基站,因为峰均比的关系,出现高于10W的峰值概率增大,耐受功率达40dBm的开关也很难保证自身安全,只能弃用。我们可以考虑先采用耐受功率较大的环行器隔离收发通道,再采用普通单片开关提高隔离度的变通办法同样可以达到系统的要求。
功率放大器
传统移动通讯系统,多数工作在连续波状态。而TD-SCDMA则必须工作于开关状态。因此,一直习惯于设计连续波功率放大器(ＰＡ)的工程师不由得担心,他们一直使用的LDMOS功率器件在TD-SCDMA系统上的表现。例如,在开关状态时是否可行？其开关时间是否低于系统要求值？如何实施功率器件的开关控制？这些问题,经过器件厂家及用户的研究及实用,正在逐渐明晰。首先,LDMOS器件是可以正常使用于开关状态,其开关响应时间基本在几十纳秒量级,完全不会对系统的响应速度造成很大影响。
图2：MW6IC2240N在六载波TD-SCDMA条件的输出线性。
当然,事情不可一概而论,有一类特殊的器件——LDMOS线性模块,因为其内部的大容值去耦电容较长的充放电时间影响了器件开关响应速度,除非采用了针对开关状态的特殊处理,一般无法正常工作于TD-SCDMA系统中。而LDMOS的单管和IC,基本都可以在设计中考虑。具体的开关控制点,选在器件的栅极和漏极只有微小差别。但是,考虑到漏极通过电流大,对控制器件要求高,一般会选在栅极作开关控制点。
目前的TD-SCDMA系统,考虑到用户容量,频谱效率,其复杂程度正逐步提升。四载波,六载波正渐渐取代三载波配置成为主流。系统对PA的线性度,效率要求也水涨船高。传统器件已力不从心,因此新型高线性,高效率器件纷纷被推出,以满足TD-SCDMA日益严苛的需求。目前对六载波TD-SCDMA的线性度(ACLR)要求已达到-43dBc@1.6MHz、-48dBc@3.2MHz。在达到线性输出的同时,整机效率则要求达到12%。这无疑对射频通道,尤其是PA的设计提出了更高的要求。设计师不得已采用了预失真等线性化技术来平衡这两个指标的矛盾。同时,采用新方案、选取新器件也是必需的。
飞思卡尔公司的MW6IC2240N就是候选者之一。频率范围2,010~2,025MHz,其输出1dB压缩功率可达40W,增益为28dB。相比第四代的MW4IC2230N,这颗六代器件输出能力更强,功率附加效率(PAE)高达15%(线性输出)。其内部结构由三级改为两极,不但简化了栅压控制,也减轻了由此引起的温度漂移大的问题。图2所示为MW6IC2240N在六载波TD-SCDMA条件的输出邻道抑制(ACLR)特性,由此可见,设计者应着重考虑ALT指标对线性度的限制。
另外,英飞凌公司的PTF210451E因其单管的调节灵活性,也可作为末级的解决方案。TF210451E在六载波TD-SCDMA条件的输出线性及效率如图3所示。
