探索SC1894：225MHz - 3800MHz RF功率放大器線性化器的卓越性能

在當(dāng)今的電子工程領(lǐng)域，射頻（RF）功率放大器線性化技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效、可靠的通信系統(tǒng)至關(guān)重要。SC1894作為一款備受矚目的RF功率放大器線性化器（RFPAL），具備諸多先進(jìn)特性和廣泛的應(yīng)用前景。本文將全面剖析SC1894的各項(xiàng)特性、應(yīng)用場景以及相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)，為電子工程師提供深入了解和應(yīng)用該產(chǎn)品的指南。

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一、SC1894的概述

SC1894是Scintera?第三代RF功率放大器線性化器，相較于前代產(chǎn)品，在矯正功能和性能上有顯著提升。它是一款完全自適應(yīng)的RFin/RFout預(yù)失真線性化解決方案，適用于各種類型的放大器、不同功率水平和通信協(xié)議。其工作原理是利用功率放大器（PA）的輸出和輸入信號(hào)，自適應(yīng)地生成優(yōu)化的矯正函數(shù)，從而最大程度地減少PA自身產(chǎn)生的失真和損傷。通過采用RF域模擬信號(hào)處理技術(shù)，SC1894能夠在寬信號(hào)帶寬下工作，并且功耗極低。

此外，SC1894不僅具備線性化功能，還能對(duì)RFIN和RFFB進(jìn)行精確的RF功率測量。同時(shí)，它還提供了諸如頻譜監(jiān)測和鄰道泄漏比（ACLR）報(bào)警等設(shè)計(jì)支持功能，這些功能可通過SC1894的串行外設(shè)接口（SPI）總線進(jìn)行訪問。

二、應(yīng)用場景

2.1 蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施

適用于單載波/多載波、多標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)，如CDMA/EVDO、TD - SCDMA、WiMAX?、WCDMA/HSDPA、LTE和TD - LTE等。可應(yīng)用于基站放大器（BTS Amplifiers）、遠(yuǎn)程射頻頭（RRH）、 booster放大器、中繼器、小基站（Small Cells）、微基站（Microcells）、微微基站（Picocells）、分布式天線系統(tǒng)（DAS）、有源天線系統(tǒng)（AAS）和多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)等。

2.2 微波回傳

支持BPSK、QPSK和高達(dá)1024 - QAM的調(diào)制方式?？蓱?yīng)用于中頻到射頻（IF - to - RF）室外單元（ODU），并支持自適應(yīng)編碼調(diào)制（ACM）和自動(dòng)發(fā)射功率控制（ATPC），控制速度高達(dá)100dB/s。

2.3 廣播基礎(chǔ)設(shè)施

適用于超高頻（UHF）數(shù)字廣播，如DVB - T/H/T2、CMMB、ISDB - T和ATSC等標(biāo)準(zhǔn)。還可用于數(shù)字地面UHF放大器、激勵(lì)器、驅(qū)動(dòng)器和發(fā)射機(jī)等設(shè)備。

2.4 其他應(yīng)用

適用于各種類型的功率放大器，包括A/AB類和Doherty類放大器，以及采用LDMOS、GaN、GaAs和InGaP等工藝的功率放大器。在蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施中，平均PA輸出功率可達(dá)49dBm；在地面廣播應(yīng)用中，平均PA輸出功率可達(dá)60dBm。此外，對(duì)于任何需要PA線性化的應(yīng)用場景，SC1894都能發(fā)揮重要作用。

三、產(chǎn)品特性

3.1 標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的RFin/RFout PA線性化片上系統(tǒng)（SoC）

具有完全自適應(yīng)的矯正功能，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)28dB的鄰道泄漏比（ACLR）和38dB的互調(diào)失真（IMD）改善。不過，其性能會(huì)受到放大器、偏置和波形等因素的影響。

3.2 外部參考時(shí)鐘支持

支持多種外部參考時(shí)鐘頻率，包括10、13、15.36、19.2、20、26和30.72MHz，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

3.3 低功耗設(shè)計(jì)

在占空比為9%的反饋模式下，功耗僅為600mW；在全自適應(yīng)模式下，功耗為1200mW。這種低功耗特性有助于降低系統(tǒng)的整體功耗和運(yùn)營成本。

3.4 寬頻率范圍和輸入信號(hào)帶寬

工作頻率范圍為225MHz至3800MHz，輸入信號(hào)帶寬為1.2MHz至75MHz，能夠滿足不同通信系統(tǒng)的需求。

3.5 封裝和工作溫度范圍

采用9mm x 9mm的QFN封裝，具有較小的體積。工作外殼溫度范圍為 - 40°C至 + 105°C，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

3.6 環(huán)保特性

完全符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，采用綠色材料制造，符合環(huán)保要求。

3.7 雙RF功率測量

能夠?qū)FIN和RFFB進(jìn)行精確的功率測量，為系統(tǒng)的功率管理提供了重要支持。

四、技術(shù)優(yōu)勢

4.1 易于使用

集成了RFin/RFout解決方案，減少了固件（FW）開發(fā)的工作量。同時(shí)，它支持模塊化功率放大器設(shè)計(jì)，獨(dú)立于基帶和收發(fā)器子系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

4.2 降低系統(tǒng)功耗和運(yùn)營成本

低功耗特性不僅減少了能源消耗，還降低了散熱需求，從而減少了散熱片和電源的尺寸，降低了系統(tǒng)的運(yùn)營成本。

4.3 降低物料清單（BOM）成本、面積和總體積

通過集成多種功能，減少了外部微控制器和功率探測器的使用，降低了BOM成本和系統(tǒng)面積。較小的封裝尺寸也有助于減小系統(tǒng)的總體積。

4.4 經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證的載波級(jí)可靠性

在實(shí)際應(yīng)用中，SC1894已經(jīng)經(jīng)過了大量的現(xiàn)場驗(yàn)證，具有載波級(jí)的可靠性，能夠滿足通信系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性和可靠性的要求。

五、技術(shù)細(xì)節(jié)

5.1 預(yù)失真技術(shù)

在當(dāng)今的電信系統(tǒng)中，寬帶信號(hào)具有高峰均比和嚴(yán)格的頻譜再生規(guī)范，對(duì)功率放大器的線性度提出了很高的要求。傳統(tǒng)的通過降低輸出功率來提高線性度的方法會(huì)降低效率，增加成本。而SC1894采用在RF域進(jìn)行復(fù)雜信號(hào)處理的方式，實(shí)現(xiàn)了簡單的片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有寬信號(hào)帶寬、寬工作頻率范圍和極低的功耗。其強(qiáng)大的模擬信號(hào)處理引擎適用于各種類型的信號(hào)，包括2G、3G、4G無線信號(hào)和其他調(diào)制類型，能夠?qū)Ω咝Чβ史糯笃魍負(fù)溥M(jìn)行線性化處理，滿足現(xiàn)代無線系統(tǒng)對(duì)效率和性能的要求。

5.2 RF功率管理單元（PMU）

5.2.1 分析方法

通過在標(biāo)稱工作條件下收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得出RFIN和RFFB的對(duì)數(shù)斜率和截距。對(duì)連續(xù)波（CW）波形的線性響應(yīng)誤差是指實(shí)際輸出與理想輸出之間的dB差值，這是衡量器件對(duì)CW和調(diào)制波形線性響應(yīng)的指標(biāo)。由于系統(tǒng)尚未校準(zhǔn)，對(duì)CW波形的線性響應(yīng)誤差是一種相對(duì)精度的測量，但它可以驗(yàn)證線性度以及調(diào)制對(duì)器件響應(yīng)的影響。以 + 25°C時(shí)的性能為參考，測量不同溫度下的性能誤差，該誤差主要受與溫度相關(guān)的輸出變化影響。

5.2.2 代碼轉(zhuǎn)換公式

PMU代碼以16位有符號(hào)整數(shù)表示，并使用以下公式轉(zhuǎn)換為dBm（參考巴倫輸入）： 對(duì)于RFIN： [PBalun=frac{RFIN PMU(CODE)×3.01}{1024}+OFFSET{RFSET}{RFIN}(dBm)] 對(duì)于RFFB： [PBalun=frac{RFFB PMU(CODE)×3.01}{1024}] 其中，(OFFSET{RFIN})和(OFFSET_{RFFB})取決于終端系統(tǒng)特性和RFPAL的器件間差異。為了實(shí)現(xiàn)絕對(duì)精度，必須遵循發(fā)布說明和SPI編程指南中概述的PMU校準(zhǔn)程序。

5.2.3 測量注意事項(xiàng)

為了提供足夠的積分樣本以實(shí)現(xiàn)精確的信號(hào)測量，默認(rèn)積分時(shí)間（測量窗口）固定為40ms。需要注意的是，如果測量窗口不是系統(tǒng)幀長度的倍數(shù)，功率測量窗口將跨越不完整的幀，從而導(dǎo)致測量誤差。但實(shí)現(xiàn)精確測量并不要求幀和測量窗口同步。

5.2.4 TDD應(yīng)用考慮

PMU完全支持對(duì)時(shí)分雙工（TDD）波形的精確測量。PMU不會(huì)區(qū)分功率放大器開啟和關(guān)閉時(shí)采集的樣本，這會(huì)影響占空比小于100%的波形的讀數(shù)（如TDD應(yīng)用）。例如，50%占空比波形的PMU讀數(shù)將比相同信號(hào)但100%占空比的讀數(shù)低3dB。根據(jù)系統(tǒng)要求，計(jì)算與TDD測量相關(guān)的偏移量很簡單，并且可以由PMU處理。具體的不同方法可參考發(fā)布說明。

六、電氣特性

6.1 絕對(duì)最大額定值

6.2 工作額定值

工作外殼溫度范圍為 - 40°C至 + 105°C。需要注意的是，任何超出上述范圍的應(yīng)力都可能永久性損壞器件，指定的應(yīng)力額定值并不意味著在這些范圍內(nèi)具有功能性能。長時(shí)間將器件暴露在絕對(duì)最大額定值下可能會(huì)降低產(chǎn)品的可靠性。

6.3 DC特性

6.4 射頻信號(hào)特性

6.5 RF輸入范圍

6.6 工作頻率范圍與應(yīng)用

6.7 數(shù)字I/O特性

6.7.1 DC特性

6.7.2 外部時(shí)鐘（XTALI）特性

6.8 晶體要求

| 參數(shù) | 符號(hào) | 條件 | 最小值 | 典型值