Andy Howard, Agilent Technologies, ger här en orientering om konstruktion av Doherty-förstärkare. Dessa används idag i stor utsträckning i basstationer därför att de ger väsentligt högre verkningsgrad på medelhöga effektuttag, jämfört med renodlade klass AB-förstärkare.

Doherty effektförstärkare (PA) använder parallellkopplade huvud- och stödförstärkare (topp) för att uppnå relativt hög verkningsgrad över ett större uteffektområde. Att konstruera ett sådant kan vara en svår uppgift eftersom det finns många olika parametrar som skall justeras och flera svar att granska. De flesta svaren är specificerade som funktion av uteffekten och är också, ett svar på simuleringen.
För att göra de avvägningar som krävs för att uppfylla specifikationerna över ett brett uteffektområde måste man bestämma vilka parametrar som har en dominerande effekt på prestanda.
Ett antal tekniker kan användas för att förbättra prestanda för Doherty-slutsteg. Många stöder sig på kommersiellt tillgängliga simulatorer. Vissa kräver dock rikhaltig simulering och kapacitet för efterbearbetning vilket snarare kräver en avancerad lösning såsom Advanced Design System.
* Svep en parameter åt gången.
Den enklaste av alla de tekniker är att svepa en godtycklig parameter i konstruktionen och se hur prestanda varierar. Den ger snabb inblick i huruvida en viss parameter har någon effekt på prestanda. Denna teknik är ett rimligt första steg att ta när man försöker förstå och förbättra prestanda i Doherty-slutsteg.
* Svep av två parametrar samtidigt
För att gå ytterligare ett steg simulerar denna teknik de variationer i prestanda som orsakas av att du sveper två godtyckliga parametrar. Metoden gör det möjligt att förstå interaktionen mellan två parametrar. Resultat kan ses som en plottad kurva.
* Använd ”Design of experiment” (DOE) för att variera mer än två parametrar i en simulering.
DOE varierar många olika parametrar samtidigt och håller samtidigt koll på resultaten. Det låter snabbt ingenjör veta vilka parametrar som starkast påverkar prestanda. Att undersöka en parameter i taget för att få sådan information skulle vara alltför omständlig och tidskrävande. Till nackdelarna hör att litet tid och ansträngning krävs för att sätta upp metodiska simuleringar för denna teknik och DOE att inte stöds av alla CAD-verktygsleverantörer.
* Optimering
Att använda en optimerare är en vanlig strategi för att förbättra förstärkarprestanda. Denna är något enklare att sätta upp än DOE, den är det automatiserad och kan köras på obestämd tid. Men den måste kombinera alla mål tillsammans för att skapa ett enda felfunktion.
Även om användningen av optimerare kan ge rimliga resultat, ger den inte insikt i vilka kompromisser som görs för att minska fel. Dessutom kan optimerare fastna medan de systematiskt söker igenom konstruktionsrymden. Vissa ingenjörer finner värde i att använda både DOE och optimering.
* Monte Carlo-analys (MC)
Denna är ungefär som att köra ett flerdimensionellt parametersvep. Den nya tekniken undersöker hur känslig en förstärkarens prestanda är för så många parametrar som ingenjören önskar.

Dohertyprincipen innebär att den övre förstärkaren arbetar linjärt och den undre tar hand om toppeffekter. Sammantaget ger kopplingen en väsentligt högre verkningsgrad vid dellast, jämfört med ett enskilt klass A/B-slutsteg samtidigt som linjäriteten är betydligt bättre än för ett klass C-slutsteg.

Två typer av parametrar kan simuleras: konstruktionsvariabler som ingenjören kan styra, och slumpmässiga variabler (t ex statistiska variabler från ett foundry) som ingenjören inte kan kontrollera. Eftersom denna teknik slumpvis samplar många punkter, kan en mer genomgripande eller fullständig bild av lösningens omfattning uppnås. Datorkostnaderna är oberoende av antal slumpmässiga variabler. Nackdelen är att detta kräver litet efterbearbetning och ytterligare försök att få korrelationer.
ADS, till exempel, har kan exempelvis ge en datauppställning av resultaten. De flesta verktyg stödjer tekniken i sig men kan inte addera efterbehandling eller ha möjligheter till korrelation. MC kommer inte nödvändigtvis att ge bättre resultat än DOE.
Även om alla dessa tekniker visst värde, är den allmänna tumregeln att först köra ett enkelt och/eller dubbelt parametersvep. Om detta ger feedback, så att en konstruktion kan uppfylla alla sina specifikationer, så jobbet är gjort.
Om inte, är nästa steg att använda DOE eller MC, eller kanske till och med köra båda i nämnd ordning. I slutände gäller att om Doherty PA inte kan uppfylla alla sina specifikationer kan då de data som erhållits från någon av dessa tekniker användas som grund för ytterligare diskussioner med systemetkonstruktören när det gäller kompromisser i fråga om specifikationerna.
Andy Howard, Senior Program Engineer

Andy Howard fokuserar för närvarande på simuleringsteknik effektförstärkare tekniker. I det förflutna har han arbetat på många olika tillämpningar av Agilents ADS, RFDE och GoldenGate simulatorer. Han konstruerade en snabb prescaler IC med Agilents RFIC Dynamic Link som fabricerade användning IBMs SiGe process och är författare till RFIC Flow Workshop.

Filed under: Mikrovag