| 英國狂人 臥室打造核子反應爐 〔編譯張沛元／綜合報導〕英國每日郵報五日報導，六十六歲的退休技師史崔文斯閒來無事，居然在位於南溫布頓的自宅臥室打造核融合裝置。曾任學校實驗室技工的史崔文斯坦承，該實驗相當危險，因為核子反應一旦開始可能無法中止，更何況還有輻射外洩與能量逸散引發核爆的可能性。 上有九十六歲高齡老母的史崔文斯，之所以甘冒如此重大危險做實驗，只因為想找出核融合的奧秘—原子核的聚合。核融合能產生極大能量，世界各地科學家莫不急於找出控制核融合之道，但迄今仍一無所獲；而靠著電子商店賣的零件所打造出來的史崔文斯版自製核反應爐，就能探究出箇中秘訣？ 具有理化與數學背景、曾修習生物學與環保的史崔文斯說，目前他的核融合裝置發電量只有兩瓦；如果供給更高能量，應該就會引發核融合反應，「我當然不能在這裡進行這種大實驗，這地方不適合，而且危險」。 史崔文斯坦承，他的裝置可以改為製造核彈，某極端基督教恐怖團體甚至為此與他接觸，「但我沒興趣炸死任何人」。史崔文斯說，鄰居並不在意他在家裡搞了一個核子反應爐，畢竟目前的發電量還很安全，不過他倒是燒壞過一顆螺絲釘。 史崔文斯說，倘若他要進行核融合反應，他很想取得一組線性放大器以便增加能量，「那（線性放大器）要二千英鎊，以我的退休金根本買不起」。 於是，史崔文斯在本月的大英無線電學會會員雜誌上刊登廣告，毫不掩飾地表明自己「想要測試核融合反應」，因此亟需一組線性放大器。他的這篇老實過頭的廣告，導致一名憂心忡忡的讀者報警；警方最後決定不予調查，因為多名物理學家保證說，史崔文斯的實驗絕對不可能造成核融合。 史崔文斯曾任職於英國的原子武器研究中心，一九六七年企圖進行核融合時因設備爆炸而功敗垂成。 | ||||||
類比預失真晶片簡化線性功率放大器設計 上網時間:2005年05月10日 "線性放大器"...............................? 為了兼顧線性和效率，3G通訊系統的功率放大器設計一般都採用了各種線性化技術來得到線性和效率平衡。前饋和數位預失真是線性功率放大器設計中經常採用的兩種方案，與前饋和數位預失真方案相比較，類比預失真方案的技術難度低，體積小，成本低等優點非常明顯。本文介紹了類比預失真原理、類比預失真晶片MAX2009和MAX2010，並提供了有益的參考設計經驗。 行動通訊系統的每一次更迭都帶動了相關領域內的技術革命。與一、二代系統相比，3G系統有更大的容量、更好的通訊品質、更高的頻帶利用率，這些特點使得它能為高速和低速行動用戶提供語音、數據、會議電視及多媒體等多種業務。但這些出色的性能也對硬體電路系統提出了更高的要求，尤其是發射子系統的功率放大器單元。由於CDMA的射頻訊號為非?定包絡，因此不同於?定包絡訊號，射頻功率放大器不能被推到壓縮狀態，而必須採用功率回退的方法使功率放大器工作於線性狀態。回退越多，線性越好，但功率放大器的效率也越低。為了兼顧線性和效率，3G功率放大器的設計一般都採用了各種線性化技術來得到線性和效率平衡。
前饋和數位預失真是線性功率放大器設計中經常採用的兩種方案，經過多年的研究發展，這兩個方案都能得到很好的線性改善，但其技術難度高，成本昂貴，需要許多週邊零配件，功率放大器的體積一般也很龐大。類比預失真方案較前饋和數位預失真方案來說，雖然其線性改善程度無法達到相同的水平，但也有相當好的表現。而類比預失真方案的技術難度低，體積小，成本低等優點是非常明顯的。 類比預失真原理 圖1描述了功率放大器的非線性對增益傳輸曲線造成的壓縮。類比預失真則產生一個與之相反的失真來抵消功率放大器的失真，如果兩種失真的傳輸函數能夠完全反向一致，則最後得到的是一個線性的幅度傳輸函數。對相位的處理也一樣，類比預失真產生一個與功率放大器自身傳輸函數相反的傳輸函數，來抵消功率放大器的相位失真，最後得到線性的相位傳輸函數。 需注意的是，隨著功率放大器輸入功率的增加，相位的壓縮一般都較幅度的壓縮提前產生，這一點在類比預失真功率放大器設計時很重要。 射頻類比預失真晶片 MAX2009和MAX2010是Maxim的射頻類比預失真晶片。其中MAX2009工作於1,200MHz~2,500MHz頻段，而MAX2010工作於400MHz～1,100MHz頻段。 MAX2009和MAX2010晶片內包含了一個獨立的增益調節通道和一個獨立的相位調節通道。功率放大器設計工程師可根據具體需要，僅採用其中的一個通道或兩個通道級聯使用。增益和相位通道都包含兩個重要的調整參數break point和slope，分別用來調整增益和相位傳輸函數曲線的轉折點和斜率。只需要利用電位器來改變相應管腳的偏置電壓，即可實現對這兩個參數的調節。 其中MAX2009的相位擴展可到24度，增益擴展可達到7dB；MAX2010的相位擴展可達21度，增益擴展可達6dB。這兩款晶片的工作電壓均為5V，都具有良好的帶內增益、相位平坦度和群時延指標，同時其功耗僅為75mW，體積僅為7.5 x 7.5mm。
由此可見，MAX2009和MAX2010非常適合WCDMA、CDMA2000、GSM/EDGE和WLAN等無線行動通訊系統對射頻線性功率放大器的要求。一般來說，只需將其插入到功率放大器輸入級和驅動級之間，並精心調測，IM3和ACPR均可得到改善。圖2為MAX2009的典型應用電路。根據Maxim與摩托羅拉公司的聯合研究結果，利用MAX2009配合摩托羅拉的LDMOS驅動級和末級功率放大器管，組成適用於3G基地台的AB類功率放大器，其結果是IM3的改善達到了5.7dB，ACPR改善了4dB，或是在相同IM3的情況下，功率放大器的效率提升了5.5%。 設計注意事項 由於類比預失真晶片是透過對增益和相位傳輸函數曲線的擴展，來抵消功率放大器自身對增益和相位的壓縮，因此對於功率放大器自身增益和相位壓縮曲線上的每一個點，都只能有一個唯一的擴展點與其相對應。但不幸的是，所有的半導體元件在不同的環境溫度下工作時，其性能參數都將產生一定的變化。特別是功率管，更尤其是3G線性功率放大器內的功率管，由於其效率低，因此大部份的能量都轉化成了熱，這必然造成功率管的性能參數產生變化。 雖然整個功率放大器的溫度升高需要幾分鐘的時間，而且會進入穩定狀態，似乎影響不大，但功率管自身封裝的溫升所需時間為秒級，而功率管內部晶體溝道的升溫只需要毫秒級。因此如果訊號包絡變化非常迅速，例如WCDMA訊號，則功率管的晶體溝道特性參數將不再是?定的常數，而是隨著訊號的包絡而變化，這就產生了記憶效應，或者說當從壓縮曲線上某點向上或向下變化時，功率放大器的特性表現是不同的，因為當從峰值向下變化時，晶體溝道的溫度更高。對CDMA訊號來說，這將導致對後繼一個或多個數據碼片的衝擊，意味著數量可觀的交調產物和向量誤差EVM。 記憶效應可用兩種方法來觀察，最直接的方法就是利用一個平均功率低，具有兩個連續尖峰且峰值功率相同的CDMA訊號作為測試訊號，如果功率放大器輸出的訊號檢波後呈現兩個不同幅度的尖峰，則顯示存在記憶效應，如圖3所示。 另一個更實用的方法就是觀察功率放大器輸出訊號的頻譜，如果交調邊帶不對等，則顯示存在記憶效應。
一個無記憶的類比預失真電路只能改善無記憶失真，因此必須設法將功率放大器的記憶效應盡可能的減少。具體的方法有多種，但設計者應根據實際情況綜合考慮。雖然降低LDMOS晶體溝道的溫度比較困難，但對主動元件包括驅動級進行降溫處理還是會有所幫助。 合理的電路設計也能降低記憶效應，電源電路應充分考慮對調變頻寬內頻率的去耦，以避免載波調變造成的電壓起伏。 當採用最大增益優化時，功率管輸入偏置匹配一般優化於高阻抗，這將導致非線性的柵電容的影響達到最大。輕微的失諧匹配網路雖降低了零點幾分貝的增益，但可顯著改善記憶效應。經驗顯示如果對功率放大器進行最佳化，使其在比訊號頻寬大得多的頻寬內保持平坦的傳輸特性，則記憶效應就可降低。 當採用市場上的商業功率放大器對MAX2009進行測試時，很難對功率放大器內的偏置電路進行改動，這時可讓功率放大器工作於非優化的頻率或嘗試功率放大器工作頻寬內的其他頻率。如果對於不同的頻率，交調邊帶的形狀不同，則顯示由於不合理的電路設計造成了記憶效應。如果IM的改善程度隨不同的頻率而不同，則顯示匹配電路的設計不理想，還有很大的改進餘地。 最後，驅動末級功率管的驅動級的輸出阻抗也會帶來一定的影響。如果採用了商業級的驅動放大器評估電路板，這些評估板一般設計為在50歐姆負載的情況下達到最高增益和效率。但其輸出阻抗在所期望頻率下一般都不為純50歐姆。最好用網路分析儀測試實際的輸出阻抗並採用並聯電容或電感的方法，重新匹配，將輸出阻抗的電抗分量最佳化至最小，在某些情況下，這可提高IM改善程度。雖然這是完全基於經驗的方法，但由於在大部份情況下，功率放大器最末級的輸入阻抗很難確定，因為真實條件下，網路分析儀測試所需要的輸入功率太高，因此這種方法仍具有一定的實用性。 作者： 胡明
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