| Summary: | Abstract. This thesis introduces the design and implementation of an optimization system for average power tracking, used in the RF power amplifier of LTE mobile device. Average power tracking adjusts the supplied voltage of the power amplifier according to output power level so that the linearity of the power amplifier is maintained while the efficiency is improved. The optimization system is implemented with computer controlled measurement equipment setup. The setup consists of an RF signal generator, a power meter and a spectrum analyzer.
Performance measurements are performed to the device under test with different bias voltages of the PA and various output power levels, separately for two different power modes of the power amplifier. The performance measurements focus on the ratio of transmission channel power and adjacent channel power. Total efficiency and gain of the device and the current consumption of the power amplifier were also measured.
Based on the measurement results, the most suitable voltage for the power amplifier can be selected for each power level with a voltage table optimizing algorithm. The algorithm compares the measured adjacent channel leakage ratio to a predetermined target value and selects the lowest linearity requirements fulfilling a voltage value for the power amplifier. The effects of output power and supplied voltage on the linearity, gain and efficiency of the device are observed. The results show that the performance of the device under test is greatly dependent on the bias voltage of the power amplifier.
In addition, the effect of ambient temperature and different frequency channels on the linearity and gain are observed. The measurements show that the temperature affects marginally the gain whereas linearity is more dependent on the used frequency channel.
Finally the suitability of the optimized bias voltage table is verified by using it to adjust the power amplifier of a separate test board. The linearity of the product is verified by measuring the adjacent channel leakage ratio and comparing it to official requirements.
The voltage table generated with the optimizing algorithm based on the results obtained with the measurement setup is well suited for improving the power amplifier efficiency with average power tracking. It is a fast method to obtain a wide range of measurement results of the performance of a power amplifier with various output power levels and bias voltages.Keskimääräisen tehonseurannan optimointisysteemi LTE-tehovahvistimille. Tiivistelmä. Tässä diplomityössä esitellään LTE-tiedonsiirtotekniikkaa tukevassa matkapuhelimessa käytettävän RF-tehovahvistimen keskimääräisen tehonseurannan optimointisysteemin suunnittelu ja toteutus. Keskimääräinen tehonseuranta säätää tehovahvistimen käyttöjännitettä lähtötehon perusteella niin, että tehovahvistimen lineaarisuus säilytetään ja hyötysuhde paranee. Optimointisysteemi toteutettiin tietokone-ohjatulla mittalaitekokoonpanolla sekä tulostenkäsittelyalgoritmilla. Mittalaitekokoonpano koostuu RF-signaaligeneraattorista, tehomittarista ja spektrianalysaattorista.
Testilaitteelle suoritetaan suorituskykymittauksia eri tehovahvistimen jännitearvoilla ja usealla lähtötehotasolla, erikseen kahdelle eri vahvistimen tehotilalle. Suorituskykymittaukset keskittyvät lähetyskanavan sekä viereisen kanavan tehon suhteen mittaukseen. Myös hyötysuhde, kokonaisvahvistus sekä testilaitteen tehovahvistimen virrankulutus mitataan suorituskykymittausten yhteydessä.
Mittaustulosten perusteella jännitetaulukon optimointialgoritmilla saadaan valittua sopivin tehovahvistimelle syötettävä jännite kullekin lähtötehotasolle. Algoritmi vertaa viereisen kanavan vuototehon suuruutta asetettuun tavoitearvoon ja valitsee tehovahvistimelle matalimman lineaarisuusvaatimukset täyttävän jännitteen. Havaintoja tehdään testilaitteen tehovahvistimen lineaarisuuden, vahvistuskertoimen ja hyötysuhteen riippuvuudesta lähtötehoon sekä käyttöjännitteeseen. Tuloksista nähdään syötettävän jännitteen vaikuttavan voimakkaasti testilaitteen suorituskykyyn.
Myös ympäröivän lämpötilan sekä taajuuskanavan vaikutusta tehovahvistimen lineaarisuuteen ja vahvistuskertoimeen tutkitaan. Mittaukset osoittavat lämpötilan vaikuttavan tehovahvistimen vahvistuskertoimeen marginaalisesti. Sen sijaan lineaarisuuteen vaikuttaa enemmän käytettävä taajuuskanava.
Lopuksi optimoidun jännitetaulukon soveltuvuus varmistetaan käyttämällä sitä erillisellä testilevyllä tehovahvistimen jännitteen säätämiseen. Varmistusmittauksissa lineaarisuus testataan mittaamalla viereisen kanavan vuototehon suuruus ja vertaamalla sitä asetettuihin virallisiin vaatimuksiin.
Mittalaitekokoonpanolla saatujen mittaustulosten sekä optimointialgoritmin perusteella luotu jännitetaulukko soveltuu hyvin tehovahvistimen hyötysuhteen parantamiseen keskimääräisen tehonseurannan avulla. Se on nopea tapa saada mittaustuloksia tehovahvistimen suorituskyvystä laajalta lähtötehoalueelta eri jännitearvoilla.
|
|---|
