如果為了獲得效率而要將RF放大器置于飽和狀態，則可以嘗試用正反饋技術使之線性化。十多年來，RF設計者已成功地將這些技術用于手機基站。現在的問題是，用于4G（第四代）LTE（長期演進）的新調制方法有更高的要求。為了獲得更高的帶寬效率（以每赫茲比特度量），即便對最好的放大器，這些新的調制方法也提出了困難的線性要求。

這種狀況促使工程師們采用預失真（predistortion）技術對RF功率放大器做線性化（參考文獻4）。由于這類技術要對天線饋送的輸出做采樣，并送回輸入端，它看起來類似于所有模擬工程師都熟知的反饋技術。但是，預失真并不會給

一個誤差放大器提供反饋信號，因為RF信號速度太快，無法將一個真正的載波頻率信號回送給誤差放大器。預失真采用的是一些算法，它們可精確預測放大器各種工作條件下的效應，從而調節輸入信號，使之通過RF功放時有更好的線性。

可以設想一下算法的基礎功能。對一個擺幅大到接近電源軌的正弦載波，所有RF放大器都會將其抹平。因此，預失真算法會使這些較大幅度的正弦波有更尖銳的波峰。這樣，就可以從放大器獲得一個較純凈的正弦波。在時域中很容易看到這種情況。而在頻域中，可以將預失真想象成增加某種相位角的諧波成分，它抑制掉非線性RF功放所產生的尖刺。當為一個預失真電路通電時，就可以看到鄰道尖刺的幅度大大減小。

通過一個類似想法的實驗，也可以看到預失真算法如何補償一個放大器的相位誤差。由于相位誤差是可預測和可重復的，算法就可以修改輸入波形的時序，以去除任何放大器的滯后。在時域中，可以想象成算法在快速轉換速率期間超前于信號，使得放大器最終輸出一個干凈的正弦波。在頻域中，鄰道尖刺也達到了可以接受的水平。

現在的預失真算法已足夠完備，甚至可以消除熱效應帶來的失真。高低溫對功率晶體管造成的失真是不同的。可以開發出一種算法，預測輸出晶體管的功耗。從這個預測中，可以推斷出晶體管的溫度，然后對輸入作適當調節，從而使輸出保持為線性。這個算法必須考慮到所用散熱器以及周圍環境的熱時間常數。

數字預失真還是模擬預失真？

過去幾年來，手機基站制造商已接受了用數字預失真做放大器線性化的方法（圖5與參考文獻5）。此時，要用一個單向耦合器對RF輸出做采樣。可以用一個混頻器，將千兆赫水平的信號下變頻到一個較低頻率。然后就可以用一個快速ADC對波形采樣。這些采樣被送至一片運行預失真算法的FPGA，用于修正輸入波形，還給出一個數字的數據流。然后，FPGA輸出RF基帶信號或I（索引）和Q（正交）信號，再上變頻至手機所在頻段的RF載波效率。

建立這一系統的方法有多種（參考文獻6）。通過采用獨立的ADC和下變頻芯片，可以針對需求優化自己的系統，并使用可以從很多供應商獲得的標準化部件。例如，Hittite、Analog Devices、德州儀器公司、凌力爾特公司以及Intersil公司（參考文獻7）都制造可用于分立數字預失真電路的硅芯片。

很多工程師都熟悉Altera公司的FPGA在數字領域的使用。該公司的MegaCore IP（智能產權）可完成預失真的數字部分運算（參考文獻8）。Analog Devices公司與Altera公司合作，提供一種混合信號的數字預失真系統板，而德州儀器公司提供GC5325這類發射處理器器件，以降低信號波峰系數，以及抵消功放的失真（圖6）。Xilinx公司為自己的Virtex-4和Virtex-5 FPGA提供一個數字預失真的參考設計。由于手機基站承載了較多的RF通道，空間就成為了一個問題。凌力爾特公司等的解決方法是將整個數字預失真電路集成為LTM9003微模塊（圖7）。

盡管手機基站制造商接受數字系統，但供應商們在采樣數據系統中做的主要是模擬電路，這帶來了成本、功耗和空間不利因素。替代方法是用模擬技術實現RF放大器的線性。例如，新興公司Scintera Networks將目標瞄準了5W區間的小功率RF系統，還有UHF（超高頻）電視發射站的信號路徑（圖8）。這種方法會采樣驅動級的RF信號，使RF信號保持在模擬域中，但通過采用一種波形的Volterra Series擴展，對其作因數修正。Volterra Series是一種非線性性能的模型，類似于Taylor Series，不過Volterra Series可以表達記憶效應。Scintera公司的方案會對RF輸出作采樣和數字化，采樣結果被送入該公司芯片中的數字電路。該設計用數字段計算出RF信號鏈的模擬因數，然后用另一個單向耦合器，將經Volterra因數修正的RF信號混合回到RF路徑中。系統只需要在芯片中處理足夠的RF，就能校正放大器的失真。大多數RF功率都在主RF路徑內，而繞過了IC。Scintera公司將RF保持在模擬域，提供了一個功耗遠低于數字預失真方式的系統（圖9）。

要注意，數字預失真系統的設計與測試都不是簡單的任務。你需要完備的RF設計工具，如AWR公司的Microwave Office以及Agilent公司的ADS（參考文獻9）。除了用先進的測試設備確定RF路徑的特性以外，可能還需要購買和學習專用的測試設備，如一臺實時頻譜分析儀（參考文獻10）。

無論是采用模擬預失真還是數字預失真，都可以減少RF設計中的干擾，并使用先進的調制方法。最重要的是，預失真可以將RF放大器驅動至接近飽和狀態，從而提高了功率效率。你可以用分立芯片自己搭建系統，

也可以使用封裝內已集成所有功率的微模塊。在ADC以及下變頻IC中實現所需線性是半導體公司的一項成就。這些公司都有自己的應用專家，可以幫助你設計出RF信號路徑，滿足所有的規范要求、減少功耗，并提供每兆赫茲最大位數。