Mobile Phone Standard

Fraunhofer Institute for Integrated Circuits

Linearisation of HF Amplifiers

An Sendeendstufen von modernen drahtlosen Kommunikationssystemen wie UMTS werden hohe Anforderungen gestellt. Einerseits wird ein möglichst hoher Wirkungsgrad angestrebt, andererseits sollen die Nachbarkanalstörungen unter den jeweiligen Grenzwerten liegen. Viele der eingesetzten digitalen Modulationsverfahren, wie QPSK (quadrature phase shift keying) oder OFDM (orthogonal frequency division multiplex) führen kurzzeitig zu hohen Spitzenleistungen im Signal. Diese müssen möglichst verzerrungsfrei verstärkt werden. Die sonst entstehenden Intermodulationsprodukte würden einerseits die Bitfehlerrate erhöhen und andererseits Störungen im Nachbarkanal erzeugen.

Herkömmlich wird eine hohe Verstärkerlinearität durch einen Class-A-Arbeitspunkt erzielt. Der Wirkungsgrad bei Class-A-Betrieb ist allerdings sehr niedrig. Der hohe Stromverbrauch führt bei stationär betriebenen Sendern und Basisstationen zu entsprechend hohen Betriebskosten. Bei batteriebetriebenen Mobilgeräten ist die Standby- bzw. Sprechzeit kurz. Darüber hinaus spielen noch die Abführung der Verlustwärme und die Zuverlässigkeit eine Rolle.

Daher werden lineare und gleichzeitig leistungseffiziente Verstärker benötigt. Neue Technologien, wie der LDMOS- (Laterally Diffused Metal Oxide Silicon) -Transistor haben das Ziel, das Linearitätsverhalten der eingesetzten Halbleiterbauelemente zu verbessern. Will man aber höhere Linearitätsanforderungen erfüllen, ist es sinnvoll, Linearisierungsverfahren einzusetzen. Die Transistoren werden in einem leistungseffizienteren Arbeitspunkt (z.B. Class B oder AB statt A) betrieben. Das nichtlineare Verhalten wird durch eine Zusatzbeschaltung kompensiert.

Wir haben bereits verschiedene Linearisierungsverfahren mit Erfolg in Simulation und Praxis getestet:


Die unterschiedlichen Eigenschaften der Linearisierungsverfahren machen eine Einzelfallentscheidung notwendig, welches Verfahren für eine konkrete Anwendung gewählt wird. Simulationen stellen die Basis für eine spätere erfolgreiche Realisierung. Wichtige Kriterien sind:
  • Bandbreite
  • Linearisierungsgewinn
  • Realisierungsaufwand
  • Leistungsaufnahme
  • Adaption bei schwankenden Betriebsbedingungen
  • Stabilität

Analoge Linearisierungsverfahren sind oft schwierig abzugleichen. Zudem haben rückgekoppelte Systeme eine geringe Bandbreite und neigen zum Schwingen. Um bei wechselnden Betriebsbedingungen, wie Temperaturschwankungen, Antennenimpedanzänderungen oder Alterung hohe Linearisierungsgewinne zu erzielen, werden aufwendige Kompensationsschaltungen benötigt.