如果為了獲得效率而要將RF放大器置于飽和狀態(tài)，則可以嘗試用正反饋技術(shù)使之線性化。十多年來(lái)，RF設(shè)計(jì)者已成功地將這些技術(shù)用于手機(jī)基站。現(xiàn)在的問(wèn)題是，用于4G（第四代）LTE（長(zhǎng)期演進(jìn)）的新調(diào)制方法有更高的要求。為了獲得更高的帶寬效率（以每赫茲比特度量），即便對(duì)最好的放大器，這些新的調(diào)制方法也提出了困難的線性要求。

這種狀況促使工程師們采用預(yù)失真（predistortion）技術(shù)對(duì)RF功率放大器做線性化（參考文獻(xiàn)4）。由于這類技術(shù)要對(duì)天線饋送的輸出做采樣，并送回輸入端，它看起來(lái)類似于所有模擬工程師都熟知的反饋技術(shù)。但是，預(yù)失真并不會(huì)給

一個(gè)誤差放大器提供反饋信號(hào)，因?yàn)镽F信號(hào)速度太快，無(wú)法將一個(gè)真正的載波頻率信號(hào)回送給誤差放大器。預(yù)失真采用的是一些算法，它們可精確預(yù)測(cè)放大器各種工作條件下的效應(yīng)，從而調(diào)節(jié)輸入信號(hào)，使之通過(guò)RF功放時(shí)有更好的線性。

可以設(shè)想一下算法的基礎(chǔ)功能。對(duì)一個(gè)擺幅大到接近電源軌的正弦載波，所有RF放大器都會(huì)將其抹平。因此，預(yù)失真算法會(huì)使這些較大幅度的正弦波有更尖銳的波峰。這樣，就可以從放大器獲得一個(gè)較純凈的正弦波。在時(shí)域中很容易看到這種情況。而在頻域中，可以將預(yù)失真想象成增加某種相位角的諧波成分，它抑制掉非線性RF功放所產(chǎn)生的尖刺。當(dāng)為一個(gè)預(yù)失真電路通電時(shí)，就可以看到鄰道尖刺的幅度大大減小。

通過(guò)一個(gè)類似想法的實(shí)驗(yàn)，也可以看到預(yù)失真算法如何補(bǔ)償一個(gè)放大器的相位誤差。由于相位誤差是可預(yù)測(cè)和可重復(fù)的，算法就可以修改輸入波形的時(shí)序，以去除任何放大器的滯后。在時(shí)域中，可以想象成算法在快速轉(zhuǎn)換速率期間超前于信號(hào)，使得放大器最終輸出一個(gè)干凈的正弦波。在頻域中，鄰道尖刺也達(dá)到了可以接受的水平。

現(xiàn)在的預(yù)失真算法已足夠完備，甚至可以消除熱效應(yīng)帶來(lái)的失真。高低溫對(duì)功率晶體管造成的失真是不同的。可以開(kāi)發(fā)出一種算法，預(yù)測(cè)輸出晶體管的功耗。從這個(gè)預(yù)測(cè)中，可以推斷出晶體管的溫度，然后對(duì)輸入作適當(dāng)調(diào)節(jié)，從而使輸出保持為線性。這個(gè)算法必須考慮到所用散熱器以及周圍環(huán)境的熱時(shí)間常數(shù)。

數(shù)字預(yù)失真還是模擬預(yù)失真？

過(guò)去幾年來(lái)，手機(jī)基站制造商已接受了用數(shù)字預(yù)失真做放大器線性化的方法（圖5與參考文獻(xiàn)5）。此時(shí)，要用一個(gè)單向耦合器對(duì)RF輸出做采樣。可以用一個(gè)混頻器，將千兆赫水平的信號(hào)下變頻到一個(gè)較低頻率。然后就可以用一個(gè)快速ADC對(duì)波形采樣。這些采樣被送至一片運(yùn)行預(yù)失真算法的FPGA，用于修正輸入波形，還給出一個(gè)數(shù)字的數(shù)據(jù)流。然后，F(xiàn)PGA輸出RF基帶信號(hào)或I（索引）和Q（正交）信號(hào)，再上變頻至手機(jī)所在頻段的RF載波效率。

建立這一系統(tǒng)的方法有多種（參考文獻(xiàn)6）。通過(guò)采用獨(dú)立的ADC和下變頻芯片，可以針對(duì)需求優(yōu)化自己的系統(tǒng)，并使用可以從很多供應(yīng)商獲得的標(biāo)準(zhǔn)化部件。例如，Hittite、Analog Devices、德州儀器公司、凌力爾特公司以及Intersil公司（參考文獻(xiàn)7）都制造可用于分立數(shù)字預(yù)失真電路的硅芯片。

很多工程師都熟悉Altera公司的FPGA在數(shù)字領(lǐng)域的使用。該公司的MegaCore IP（智能產(chǎn)權(quán)）可完成預(yù)失真的數(shù)字部分運(yùn)算（參考文獻(xiàn)8）。Analog Devices公司與Altera公司合作，提供一種混合信號(hào)的數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)板，而德州儀器公司提供GC5325這類發(fā)射處理器器件，以降低信號(hào)波峰系數(shù)，以及抵消功放的失真（圖6）。Xilinx公司為自己的Virtex-4和Virtex-5 FPGA提供一個(gè)數(shù)字預(yù)失真的參考設(shè)計(jì)。由于手機(jī)基站承載了較多的RF通道，空間就成為了一個(gè)問(wèn)題。凌力爾特公司等的解決方法是將整個(gè)數(shù)字預(yù)失真電路集成為L(zhǎng)TM9003微模塊（圖7）。

盡管手機(jī)基站制造商接受數(shù)字系統(tǒng)，但供應(yīng)商們?cè)诓蓸訑?shù)據(jù)系統(tǒng)中做的主要是模擬電路，這帶來(lái)了成本、功耗和空間不利因素。替代方法是用模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)RF放大器的線性。例如，新興公司Scintera Networks將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了5W區(qū)間的小功率RF系統(tǒng)，還有UHF（超高頻）電視發(fā)射站的信號(hào)路徑（圖8）。這種方法會(huì)采樣驅(qū)動(dòng)級(jí)的RF信號(hào)，使RF信號(hào)保持在模擬域中，但通過(guò)采用一種波形的Volterra Series擴(kuò)展，對(duì)其作因數(shù)修正。Volterra Series是一種非線性性能的模型，類似于Taylor Series，不過(guò)Volterra Series可以表達(dá)記憶效應(yīng)。Scintera公司的方案會(huì)對(duì)RF輸出作采樣和數(shù)字化，采樣結(jié)果被送入該公司芯片中的數(shù)字電路。該設(shè)計(jì)用數(shù)字段計(jì)算出RF信號(hào)鏈的模擬因數(shù)，然后用另一個(gè)單向耦合器，將經(jīng)Volterra因數(shù)修正的RF信號(hào)混合回到RF路徑中。系統(tǒng)只需要在芯片中處理足夠的RF，就能校正放大器的失真。大多數(shù)RF功率都在主RF路徑內(nèi)，而繞過(guò)了IC。Scintera公司將RF保持在模擬域，提供了一個(gè)功耗遠(yuǎn)低于數(shù)字預(yù)失真方式的系統(tǒng)（圖9）。

要注意，數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測(cè)試都不是簡(jiǎn)單的任務(wù)。你需要完備的RF設(shè)計(jì)工具，如AWR公司的Microwave Office以及Agilent公司的ADS（參考文獻(xiàn)9）。除了用先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備確定RF路徑的特性以外，可能還需要購(gòu)買和學(xué)習(xí)專用的測(cè)試設(shè)備，如一臺(tái)實(shí)時(shí)頻譜分析儀（參考文獻(xiàn)10）。

無(wú)論是采用模擬預(yù)失真還是數(shù)字預(yù)失真，都可以減少RF設(shè)計(jì)中的干擾，并使用先進(jìn)的調(diào)制方法。最重要的是，預(yù)失真可以將RF放大器驅(qū)動(dòng)至接近飽和狀態(tài)，從而提高了功率效率。你可以用分立芯片自己搭建系統(tǒng)，

也可以使用封裝內(nèi)已集成所有功率的微模塊。在ADC以及下變頻IC中實(shí)現(xiàn)所需線性是半導(dǎo)體公司的一項(xiàng)成就。這些公司都有自己的應(yīng)用專家，可以幫助你設(shè)計(jì)出RF信號(hào)路徑，滿足所有的規(guī)范要求、減少功耗，并提供每兆赫茲最大位數(shù)。