模拟功放器
在此设计中,功放器与收发机其余部分集成起来,用于输出功率相对较低的WLAN (802.11b)应用。
参数扫描和快速频域模拟可以对有源器件进行高效的负荷拉动模拟和源拉动模拟,其应该表明最优的负荷拉动阻抗和源拉动阻抗(并在需要时表明谐波阻抗),以使传送的功率和/或功率加效率达到最大。图8表明了功放器输出级中使用的其中一个FET的负荷拉动模拟结果。
一旦知道了最优阻抗,实现最优阻抗最可能要求的是螺旋电感器。如前所述,平面螺旋结构的电磁模拟会产生在频域中可以非常高效地模拟的、异常精确的模型。3dB增益压缩点以上的单音调扫描功率模拟只需大约5秒的时间。IP3点的双音调扫描功率模拟只需要大约30秒的时间。
下一步是创建放大器的提取视图,它使用Cadence AssuraRF,包括250,000多个寄生单元 (包括754个非线性单元)。在使用上面的谐波平衡频域模拟器时,在1.5 dB增益压缩点以上对这个提取视图进行单音调功率扫描模拟需要大约2小时38分钟的时间,表明谐波平衡能够处理非常大的电路。图9说明了提取视图模拟结果。
我们在放大器上进行了无线测试台模拟(要求大约40秒) ,而不是提取视图,确定可以提供的最大输入功率,同时仍满足输出频谱模板要求。
模拟整个发射机
最终测试是为了检验整个发射机设计的性能,这里介绍的测试使用了在晶体管级建模的所有模块。
第一个模拟是在I和Q基带链路上的输入上低速扫描基带I和Q信号幅度。在理想条件下,PA输出上的信号幅度应线性追踪I和Q输入组合创建的矢量幅度。任何幅度线性偏差及输出信号的任何相位变化都是失真。可以在发射机不同位置检查电压增益及相位变化,查看失真是在哪儿引入的。也可以确知基带信号幅度低于输出相位和幅度失真变得不可接受得大时的水平。这个模拟的规模很大,示意图中有近3500个器件,其中1500多个器件是非线性的,但在6分钟零8秒一次性模拟以建立初始推测之后,它只需要8分钟零20秒的时间。图10显示了模拟结果,表明如果从基带I和Q信号中提供的矢量幅度小于约0.25,那么增益压缩和相位误差要相当小。
还可以同时扫描I和Q基带信号的幅度和相位,以便放大器输出信号得到的幅度和相位清除螺旋。图11显示了基带输入信号,左边是基带链输出上的螺旋(标有 “IF”,但其没有进行频率转换),右边是功放器输出上的螺旋。注意,螺旋已经显示在作出任何RF处理前进行压缩。这为测试多个基带I和Q组合与RF输出信号的对映情况提供了一条快速途径。要求的模拟时间随着创建的螺旋的分辨率变化,但图12所示的粗螺旋只要求大约10分钟的时间。
我们进行双边带调制测试,其中I和Q输入信号都是1 MHz的同相正弦曲线。VCO设成接近5 GHz,提供接近2.5 GHz的LO。因此,PA的输出有双边带频谱,其中心是LO频率。可以扫描基带正弦曲线的幅度,显示互调失真相应提高。这一模拟要求1小时19分钟,略长于上面介绍的比较简单的调制精度测试。模拟结果如图13所示。
作为晶体管级发射机的最终测试,我们使用Ptolemy生成时域基带I和Q WLAN信号。这些信号从数据集读入发射机模拟,用来驱动I和Q 基带链路。这一模拟对666个符号要求接近10小时的时间。尽管这一时间很长,但它可以在晚上完成。从这里,我们可以看到输出轨道图、功率及是否满足频谱模板,如图14所示。
参考文献:
Y.P. Tsividis和J.O. Voorman, “集成式连续时间滤波器, 原理, 设计和应用,” IEEE Press, 1993。