未来射频功率放大器专用DC-DC转换器或成为5G节能方案的首选

射频功率放大器(RFPA)专用DC-DC转换器的不断发展有望带来可扩展且价格合理的5G解决方案,以支持蜂窝通信和IoT应用。

  当前,射频发射器中最耗电的组件——射频功率放大器(RFPA)正引起设计工程师的严重关注。

  随着5G即将面世,工程师被要求重新设计许多蜂窝基础设施,以支持5G提供的高频。该设计的主要挑战之一是最小化功耗。更低的功耗意味着更长的手机电池寿命和更少的基站资金。

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  射频系统中按组件的功耗细分。图片由Mouser提供

  正如德州仪器(TI)的Timothy Hegarty指出的那样,在基站和蜂窝设备中,功率放大器都是能源的主要消耗者。因此,工程师们在此组件上进行了磨练,希望最大程度地提高其功率效率。

  有趣的是,DC-DC转换技术可能是优化射频功率放大器的功率效率的关键。意识到这一现实,Flex Power Modules最近与OpenRAN和O-RAN联盟合作,扩大了其用于射频功率放大器的DC-DC转换器的范围。

  Flex Power Modules亚太地区销售主管James Zhang解释说:“我们利用与OpenRAN成员的互动为公司提供了广泛的DC-DC零件选择,这些零件非常适合RFPA应用,对射频功率放大器及其功率效率的概述可以帮助我们确定DC-DC转换器的尺寸,尤其是在面对5G的情况下。”

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  什么是射频功率放大器?

  简而言之,射频功率放大器(RFPA)是将低功率射频信号转换为高功率射频信号的设备。

  这些组件用于RF系统的发射器部分,因为它们需要驱动天线和发射信号。

  为什么射频功率放大器本质上效率低下?由于热力学的基本定律,电子设备在物理上不可能达到100%的功率效率。由于将直流电转换为射频电的许多障碍,射频应用的功率效率特别差。这些原因包括信号路径损耗、高工作频率以及设备固有的缺陷。

  在RFPA中,线性度与功率效率同等重要。线性至关重要,因为在蜂窝通信中使用的调制方案会产生振幅调制信号,这些信号表现出非恒定的振幅包络。

  不幸的是,这会带来功率效率的折衷,因为有效的放大器操作会发生在增益压缩中(当放大器在输入和输出功率之间不呈现线性关系时)。因此,为了线性,功率放大器被迫降低效率。

  借助5G,电源效率至关重要

  过去,在蜂窝设备中,功率放大器直接由设备的电池供电。这样,它成为效率低下的原因,因为如前所述,蜂窝调制方案使信号具有非恒定的幅度。从本质上讲,即使实际所需的功率有所变化,我们也将为放大器提供恒定的功率。

  工程师们创造性地提出了平均功率跟踪(APT)和包络跟踪(ET)等技术来解决这个问题。使用这些技术,提供给放大器的功率取决于信号的平均功率或信号的包络线。

  DC-DC转换器如何提供帮助?DC-DC转换器可以改善一些在射频功率放大器这些功率低效的。为了提供实时功率跟踪并动态调整直流电源电压,必须使用DC-DC转换器。

  对于射频应用,线性稳压器似乎是转换器的最佳选择,因为它产生的噪声很小,并且没有高频开关可能会干扰射频信号。但是,由于功率是一个巨大的问题,因此线性稳压器由于效率低而没有选择。这促使公司设计专门针对射频功率放大器优化的DC-DC转换器模块。

  为了使5G大规模成功,它必须具有高能效。节能可节省能源和冷却解决方案的成本。出于这些原因,像Flex Power Modules这样的公司一直在利用O-RAN和OpenRAN来扩大其在RFPA市场中的份额。

  RFPA专用DC-DC转换器的不断发展有望带来可扩展且价格合理的5G解决方案,以支持蜂窝通信和IoT应用。

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