В областта на радиочестотната (RF) технология ефективността с добавена мощност (PAE) е критичен показател за RF мощни транзистори. Като водещ доставчик наRF мощен транзистор, ние разбираме значението на PAE за оптимизиране на работата на RF системите. Тази публикация в блога ще разгледа ключовите фактори, влияещи върху PAE, и ще предостави практически стратегии за подобряването му.
Разбиране на ефективността с добавена мощност
Ефективността на добавената мощност се определя като съотношението на RF изходната мощност минус RF входната мощност към DC мощността, консумирана от транзистора. Математически може да се изрази като:
[PAE=\frac{P_{out}-P_{in}}{P_{DC}}\times100%]
където (P_{out}) е RF изходната мощност, (P_{in}) е RF входната мощност и (P_{DC}) е DC захранването. По-висок PAE показва, че транзисторът може да преобразува по-голяма част от DC мощността в полезна RF изходна мощност, което води до намалена консумация на енергия, по-ниско генериране на топлина и по-дълъг живот на батерията в преносими устройства.
Фактори, влияещи върху ефективността на добавената мощност
Няколко фактора могат да повлияят на PAE на RF мощни транзистори, включително:
Транзисторна технология
Изборът на транзисторна технология играе решаваща роля при определянето на PAE. Различни транзисторни технологии, като транзистори с биполярно свързване (BJT), полеви транзистори с метал-оксид-полупроводник (MOSFET) и транзистори с висока подвижност на електрони (HEMT), имат различни характеристики и компромиси в производителността. Например, HEMT обикновено предлагат по-висока подвижност на електрони и по-ниско съпротивление при включване, което може да доведе до по-висок PAE в сравнение с BJT и MOSFET.
Условия на отклонение
Условията на отклонение на транзистора, включително тока на покой и напрежението, могат значително да повлияят на PAE. Работата на транзистора в конфигурация на отклонение от клас А, където транзисторът провежда целия цикъл на входния сигнал, води до висока линейност, но нисък PAE. Обратно, конфигурациите на отклонение от клас B и клас C, където транзисторът провежда само част от цикъла на входния сигнал, могат да постигнат по-висок PAE, но за сметка на линейността.
Импеданс на натоварване
Импедансът на натоварване, представен на транзистора, също може да повлияе на PAE. Съпоставянето на импеданса на товара с изходния импеданс на транзистора може да увеличи максимално преноса на мощност и да подобри PAE. Това може да се постигне с помощта на мрежи за съгласуване на импеданса, като преносни линии, трансформатори и вериги с групирани елементи.
Характеристики на сигнала
Характеристиките на входния сигнал, като честота, схема на модулация и съотношение пикова към средна мощност (PAPR), също могат да повлияят на PAE. Високочестотните сигнали и сигналите с висок PAPR изискват транзисторът да работи в по-широк динамичен диапазон, което може да намали PAE.
Стратегии за подобряване на добавената мощност
Въз основа на факторите, обсъдени по-горе, могат да се използват следните стратегии за подобряване на PAE на RF мощни транзистори:
Изберете правилната транзисторна технология
Както бе споменато по-рано, изборът на транзисторна технология може да окаже значително влияние върху PAE. Когато избирате транзистор за конкретно приложение, е важно да вземете предвид компромисите между различните транзисторни технологии и да изберете тази, която предлага най-добрата комбинация от производителност, цена и ефективност. Например, HEMT често се предпочитат за приложения с висока честота и висока мощност поради тяхната висока подвижност на електрони и ниско съпротивление при включване.
Оптимизиране на условията на отклонение
Оптимизирането на условията на отклонение на транзистора може да помогне за подобряване на PAE. Това може да се постигне чрез работа на транзистора в конфигурация на отклонение от клас AB или клас C, което може да осигури добър баланс между линейност и ефективност. Освен това, използването на техники за динамично отклонение, като проследяване на обвивката и модулация на захранването, може допълнително да подобри PAE чрез регулиране на напрежението и тока на отклонение в реално време въз основа на характеристиките на входния сигнал.
Приложете съвпадение на импеданса
Внедряването на мрежи за съвпадение на импеданс може да помогне за максимизиране на преноса на мощност между транзистора и товара, което може да подобри PAE. Това може да се постигне с помощта на различни техники, като съпоставяне на преносни линии, съпоставяне на трансформатори и съпоставяне на групирани елементи. Когато проектирате мрежата за съгласуване на импеданса, е важно да вземете предвид честотния диапазон, честотната лента и изискванията за управление на мощността на приложението.
Използвайте усъвършенствани техники за опаковане
Усъвършенстваните техники за опаковане, като например опаковане на флип-чип и опаковане на ниво пластина, могат да помогнат за намаляване на паразитните ефекти и подобряване на топлинните характеристики на транзистора, което може да доведе до по-висок PAE. Освен това използването на техники за термично управление, като радиатори и термични отвори, може да помогне за разсейването на топлината, генерирана от транзистора, и да предотврати прегряване, което също може да подобри PAE.
Използвайте Digital Pre-Distortion (DPD)
Цифровото предварително изкривяване (DPD) е техника, използвана за компенсиране на нелинейността на транзистора и подобряване на линейността на RF усилвателя. Чрез прилагане на предварително изкривен сигнал към входа на усилвателя, нелинейностите на транзистора могат да бъдат премахнати, което води до подобрена линейност и по-висок PAE. DPD може да се реализира с помощта на различни алгоритми, като алгоритми, базирани на справочна таблица (LUT) и алгоритми, базирани на полином.
Казус от практиката: Подобряване на PAE в усилвател с блок за усилване
За да илюстрираме ефективността на обсъдените по-горе стратегии, нека разгледаме казус за подобряване на PAE вБлоков усилвател на усилването. Блоковият усилвател на усилването е вид RF усилвател, който осигурява фиксирано усилване в широк честотен диапазон.
Стъпка 1: Изберете правилната транзисторна технология
За това приложение избрахме транзистор HEMT поради неговата висока подвижност на електрони и ниско съпротивление при включване, което може да доведе до по-висок PAE в сравнение с други транзисторни технологии.
Стъпка 2: Оптимизиране на условията на отклонение
Оптимизирахме условията на отклонение на транзистора, като го използвахме в конфигурация на отклонение от клас AB. Това осигури добър баланс между линейност и ефективност. Освен това използвахме техники за динамично отклонение, за да регулираме напрежението и тока на отклонение в реално време въз основа на характеристиките на входния сигнал.
Стъпка 3: Приложете съвпадение на импеданса
Ние внедрихме мрежа за съгласуване на импеданса, използвайки комбинация от предавателни линии и схеми със съединени елементи, за да съпоставим импеданса на товара с изходния импеданс на транзистора. Това спомогна за максимизиране на преноса на мощност и подобряване на PAE.
Стъпка 4: Използвайте усъвършенствани техники за опаковане
Използвахме флип-чип опаковка, за да намалим паразитните ефекти и да подобрим термичните характеристики на транзистора. Освен това използвахме радиатор за разсейване на топлината, генерирана от транзистора, и предотвратяване на прегряване.
Стъпка 5: Използвайте Digital Pre-Distortion (DPD)
Използвахме DPD, за да компенсираме нелинейността на транзистора и да подобрим линейността на усилвателя. Това помогна за подобряване на PAE чрез намаляване на потреблението на енергия, необходимо за постигане на дадено ниво на линейност.
След внедряването на тези стратегии успяхме да постигнем значително подобрение в PAE на блоковия усилвател на усилването. Измереният PAE се увеличи от 30% на 40%, което доведе до намалена консумация на енергия и по-ниско генериране на топлина.
Заключение
Подобряването на добавената мощност на RF мощните транзистори е от съществено значение за оптимизиране на производителността на RF системите. Чрез разбирането на факторите, които влияят върху PAE и прилагането на стратегиите, обсъдени в тази публикация в блога, е възможно да се постигнат значителни подобрения в PAE. Като водещ доставчик наRF мощен транзистор, ние се ангажираме да предоставяме на нашите клиенти високопроизводителни и енергийно ефективни RF силови транзистори. Ако се интересувате да научите повече за нашите продукти или имате някакви въпроси относно подобряването на PAE, моля, свържете се с нас за обсъждане на обществени поръчки.
Референции
- Разави, Б. (2011). Радиочестотна микроелектроника. Прентис Хол.
- Позар, DM (2012). Микровълнова техника. Уайли.
- Крипс, SC (2006). RF усилватели на мощност за безжични комуникации. Артех Хаус.