完美诠释PA测试问题，白皮书《在数字预失真和动态电源条件下测试PA》完整版来了~
动态电源收发机（包络跟踪）
对无线通信系统不断增加的数据容量需求催生了更复杂的调制方案。GSM等早期无线标准使用高斯最小偏斜键控（GMSK），EDGE等演变标准使用简单的相移键控（8-PSK）技术。相比之下，802.11ac和LTE等现代无线标准使用64-QAM和256-QAM等高阶调制方案，采用基于正交频分复用（OFDM）技术的宽带载波形式。
高阶调制和OFDM技术的组合提供了比早期技术更高的信号峰均功率比（PAPR）。为了抑制PAPR的增加，LTE上行链路使用称为单载波频分多址（SC-FDMA）的OFDM技术。虽然SC-FDMA技术使用快速傅里叶变换（FFT）预编码降低了信号的PAPR特性，但是LTE上行链路信号却具有高达8dB的PAPR。相比之下，802.11ac使用更标准的OFDM载波结构，产生高达12dB的PAPR。
表2.常见调制信号的PAPR特性
现代通信波形日益增大的PAPR对现代手机功率放大器提出了更严格的线性要求。高线性度是使PA表现出优异的调制质量和频谱性能的关键要求。因此，对 于传统的固定电源设计，PA必须在较宽的输出功率范围内线性工作。这种线性 要求通常迫使系统设计人员在最坏情况下工作，并从压缩区回退功率到线性区。因此，PA通常在远低于峰值功率的区域工作，导致器件功率效率较低。
动态电源技术简介
动态电源收发机（DPST）越来越多地应用于解决高PAPR信号挑战。该收发机可动态调制设备电源，使其处于波形整个功率范围内功率效率较高的一个点。图16所示的例子中，电源电压可动态地跟踪RF信号的功率包络。
虽然动态电源技术并不新鲜，但DSP和宽带电源技术的进步使得这些技术在移动平台上更加可行。因此，移动设备越来越多地采用这种技术来降低功耗并最终延长电池寿命。
图16. DPST信号的时域视图
您可以通过研究晶体管的基本特性行为来评估DPST技术带来的效率改进。实际上，如果在不同的固定电源下对器件AM-AM响应进行特性分析，会发现给定输出功率的峰值效率点是电源电压的函数。图17显示了y轴上的功率附加效率（PAE）是x轴上输出功率的函数。在图17中，每条线代表特定电源电压（Vcc）下PAE与的输出功率的关系曲线。
功率附加效率
图17.各种电源电压下的PAE与输出功率关系曲线
例如，假设电源电压为3.4 V的PA可以实现55％的效率和+ 28 dBm的输出功率，如图17所示。而在相同的3.4 V电源电压电平下，当输出功率下降到+16dBm时，效率降低到20％。因此，当使用固定电源发送具有12dB PAPR的信号（这时的峰值输出功率为+ 28dBm）时，平均效率仅为20％。
由于效率是电源电压和输出功率的函数，所以提高PA效率的一种方法是动态地改变电源，使得器件始终在峰值效率附近工作。在这种情况下，器件的总体效率可以通过组合多个电源电压的曲线来进行描述。总体效率在图17中以虚线表示，可以看到器件可以在更宽的输出功率范围内实现50％的效率。
晶体管级的效率
动态电源的优势可以通过图18的晶体管基本特性曲线来更深入地了解。如图18 所示，对于给定的负载阻抗ZL，相比右侧的小信号（b），左侧的大信号（a）工作在靠近坐标轴的区域的时间更长。对于大信号，电流和电压的平均乘积最小，功耗也比小信号低。对于右侧的小信号（b），信号大部分时间都处在图中总功耗较高的中间区域。
动态电源变送器（DPST）的特性曲线
图18. IV特性曲线：（a）施加大信号和（b）施加小信号
图18所示的效率特性要求动态电源变送器（DPST）能够随着RF信号快速变化的功率包络同步调制Vg和Vdc。这一概念如图19所示，其中两个离散的信号电平在相同的特性曲线上重叠。在图19中，晶体管如果沿曲线向下且向左移动的话，工作效率将更高。
DPST的特性曲线
图19.动态电源变送器（DPST）的IV特性曲线：两个信号电平
虽然通过电源调制来提高效率的理论很简单，在实践中有几种方法可以应用该技术。这些方法中的每一种都需要在失真与效率之间进行权衡。例如，当设计目标是减小失真时，需要确保晶体管在线性模式下工作。但是，如果设计目标是以失真为代价获取最大效率，则需要让PA保持在压缩区工作。
DPST设备提供三种不同的工作模式：直接极化、包络跟踪（ET）和混合模式。每个工作模式之间的区别与AM-AM曲线的线性和压缩区域有关，如图20所示。对于给定的电源电压，如果设备完全在线性范围内工作，则该设备处于包络跟踪模式。这是最常见的工作模式，因为它比其他两种模式更容易实现。当设备在压缩区域工作时，称为直接极化模式。该术语强调了器件如何作为三端口射频器件进行工作并执行极化调制。
压缩模式、线性模式和混合模式
图20. DPST直接极化、包络跟踪和混合工作模式
请注意，在直接极化模式下，RF输出信号功率实际上与RF输入信号功率无关。因此，该设备的工作原理类似于混频器。在该模式下，输出的所有调制只来自于电源信号。通常，设备在直接极性和包络跟踪模式之间变化，因此称为混合模式。
了解每种工作模式的基本特性是成功部署动态电源技术的关键。例如，当在压缩模式或混合模式工作时，来自电源的噪声随着设备的RF输出信号传输。此外，对于压缩模式，电源和RF之间的同步和时序对齐更为重要。而当设备在包络跟踪模式下工作时，时序对齐并不太重要。如需更深入地了解DPST设计的理论、实践考虑因素和技术调查结构，建议阅读由Earl McCune撰写并由剑桥大学出版社出版的《Dynamic Power Supply Transmitters: Envelope Tracking, Direct Polar, and Hybrid Combinations》。
测试动态电源PA
在DPST设计中dpst，测试PA的行为需要灵活的多功能工作台环境。典型的测试台 集成了RF信号发生器、RF信号分析仪以及源测量单元（SMU），如图21所示。该测试设备提供的足够的功能来测量AM-AM/PM响应等器件特性和器件的其他基本行为。对于测量的行为，可以提取输入RF信号和电源电压信号之间 的数学关系，生成所谓的“形状映射表”（shaping table）。 形状映射表生成后，就可以对其进行修改来优化器件，以优化失真或效率，或降低DPD要求。
简化的包络跟踪PA测试
图21. 在ET测试配置中，任意波形发生器为电源调制器提供驱动信号。
在动态电源条件下测试PA的一个关键要求是任意波形发生器（AWG）能够生 成调制电源电压（Vcc）信号。此外，示波器可用于评估动态电源电压和输出功率之间的时域波形关系。这些测量通常需要使用PA测试板上的差分探头和电流测试点。
请注意，在许多情况下，RF与调制电源电压之间的数学关系是一个非线性函数。因此，电源波形受到频谱再生的影响，且带宽可能比射频基波信号的带宽大许多倍。此外，由于典型PA的电流通常比AWG可提供的电流要大得多，因此测试设置通常需要一个功率调制器来确保PA正确供电（见图22）。
DPS条件下的典型PA 测试
图22. DPS条件下的典型PA测试
在DPS条件下进行测试带来了一些特殊的测试挑战，例如线性化、同步以及电源电压与RF激励信号的对齐。取决于形状映射表的优化参数dpst，器件可能需要进行高级DPD线性化，如GMP，或者根本不需要线性化。
解决同步和对齐挑战
AWG和RF VSG之间的同步和对齐是DPST测试台中最关键的要素之一。由于DPST PA获得更高PAE的机制取决于是否将精确的RF信号输入功率包络与相应的电源电压进行匹配，因此电源电压和RF信号之间如果不能很好地同步和对 齐，可能会导致严重的失真。
由于这两个信号也必须具有优异的稳定性以及低信号间抖动，仅仅同时开始生成AWG和VSG信号是不够的。最后，器件引脚接口（而不是仪器接口）的RF和电源电压信号之间必须对齐。因此，需要具备及时动态地偏斜任一信号的能力来确保正确的对齐。由于PXI仪器具有固有的同步性能，因此日益广泛地应用于DPST测试台。
在测量得到的AM-PM失真中，AWG与VSG间偏斜的负面影响最为明显，如图23和24所示。从图23可以观察到，在10 ns的偏斜下，相位测量结果的差异明显地表现在AM-PM图上。实际上，图24中的数据表明了进行DPD之前RMS相位偏差大于4°，而进行DPD后，RMS相位偏差为0.8°。除了AM-PM失真之外，从谱图还可以看到AWG与VSG间偏斜的负面影响。虽然DPD模式（在本例中是MPM）确实提高了ACP性能，但性能提高只有大约7 dB。
图23. 10 ns AWG与VSG间偏斜下PA的AM-PM性能
与图23相反，图24显示的是AWG与VST间偏斜减小到小于1ns时的AM-PM性能。从图24可以观察到，AM-PM曲线周围的“扩散”减小了，这可以通过小于0.5°的RMS相位偏差进行数值量化。注意，AM-PM性能的提高也转化为频域性能的提高。在图24中，使用MPM DPD算法后，ACP提高大约为20dB。此外， 图24中的原始ACP性能比图23中的原始ACP性能高约8 dB。
图24.在
因为直接测量这两个信号之间的偏斜非常困难，所以校准的常见方法是扫描AWG相对于RF信号发生器的延迟。对于这种技术，ACLR、EVM或RMS记忆深度可以作为偏斜的函数进行测量。
由于偏斜最终会降低ACLR、EVM和RMS 记忆深度性能，可以通过编程选择最适合作为延迟的函数的参数来识别最佳的AWG与VSG间延迟。通过将所选的参数作为偏斜的函数进行测量，可以快速确定PA工作所需的精确延迟量。例如，图25显示了RMS内存作为AWG与VSG间延迟的函数。如该图所示，最低记忆深度出现在偏斜大约7 ns的情况下。
图25.延时扫描曲线描述了RMS记忆深度作为AWG与VSG间延迟的函数
随着对更高数据吞吐量的需求不断推动现代无线电的进步，RF功率放大器扮演者越来越重要的作用。然而，新PA技术（如DPD和DPST）的发展却不断增加PA测试的成本和复杂性。越来越多的工程师需要高度灵活的测试系统来满足新的测试要求。展望未来，软件将仍然是PA测试台的核心要素。通过软件，模块化PA测试系统能够不断进行扩展来满足新的无线标准和新的DPD模型。
更重要的是，软件是实现测试设备自动化的基础技术。随着PA和射频前端模块变得日益复杂，软件是唯一能够将多个分立仪器整合为一个完整测量系统的技术。
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