In this article, we present an analog circuit for the compensation of long-term memory effects in power amplifiers (PAs) based on GaN high-electron-mobility transistors (HEMTs). The analog compensation circuit (ACC) is supported on a charge-trapping behavioral model that features a state-dependent variable emission time constant, rather than a fixed emission time constant. This allows not only for the more accurate modeling and compensation of the nonlinear long-term memory effects experienced by GaN HEMT-based PAs, but also for the adaptation of the dynamics of the ACC to varying operating conditions, such as the ambient temperature. We demonstrate that the proposed ACC is able to successfully eliminate any multiple-time-constant transient symptom of current collapse following a high-power radio-frequency pulse or two-tone excitation and accurately preserve the class of operation of a GaN HEMT-based PA. Moreover, we also demonstrate that the proposed ACC can aid the linearization of GaN HEMT-based PAs for fifth-generation (5G) New Radio (NR) communications, allowing for the reduction in the complexity of the digital predistorter. For a 5G NR time-division duplexing signal with a bandwidth of 20 MHz, the inclusion of the ACC improved out-of-band emissions by over 15 dB and improved the error-vector magnitude by over 10 p.p. at essentially no cost to the PA’s power-added efficiency.

中文翻译：

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用于补偿基于 GaN HEMT 的功率放大器中的长期记忆效应的多时间尺度模拟电路

在本文中，我们提出了一种模拟电路，用于补偿基于 GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 的功率放大器 (PA) 中的长期记忆效应。模拟补偿电路 (ACC) 由电荷捕获行为模型支持，该模型具有状态相关的可变发射时间常数，而不是固定的发射时间常数。这不仅可以对基于 GaN HEMT 的 PA 所经历的非线性长期记忆效应进行更准确的建模和补偿，而且还可以使 ACC 的动态适应不同的工作条件，例如环境温度。我们证明，所提出的 ACC 能够成功消除高功率射频脉冲或双音激励后电流崩溃的任何多时间常数瞬态症状，并准确保持基于 GaN HEMT 的 PA 的操作类别. 此外，我们还证明了所提出的 ACC 可以帮助用于第五代 (5G) 新无线电 (NR) 通信的基于 GaN HEMT 的 PA 的线性化，从而降低数字预失真器的复杂性。对于带宽为 20 MHz 的 5G NR 时分双工信号，包含 ACC 将带外发射改善了 15 dB 以上，并将误差矢量幅度改善了 10 pp 以上，而 PA 基本上没有成本功率附加效率。我们还证明，所提出的 ACC 可以帮助用于第五代 (5G) 新无线电 (NR) 通信的基于 GaN HEMT 的 PA 的线性化，从而降低数字预失真器的复杂性。对于带宽为 20 MHz 的 5G NR 时分双工信号，包含 ACC 将带外发射改善了 15 dB 以上，并将误差矢量幅度改善了 10 pp 以上，而 PA 基本上没有成本功率附加效率。我们还证明，所提出的 ACC 可以帮助用于第五代 (5G) 新无线电 (NR) 通信的基于 GaN HEMT 的 PA 的线性化，从而降低数字预失真器的复杂性。对于带宽为 20 MHz 的 5G NR 时分双工信号，包含 ACC 将带外发射改善了 15 dB 以上，并将误差矢量幅度改善了 10 pp 以上，而 PA 基本上没有成本功率附加效率。