高效率的线性功率放大器设计

发布时间：2020-10-23 03:30

　　 现代无线通信系统采用更加复杂的调制方式提高它的频谱效率,但同时也增加了发射信号的峰均功率之比,这将引起功率放大器的低效率。为了提高效率,学术界提出了包络跟踪和包络的消除与恢复等技术。因此设计应用于手持设备中高效率的线性功率放大器具有重大意义。论文改进了一种混合型包络跟踪功率放大器结构,其中混合型包络调制器包括线性放大级、电流感应、偏置控制、可编程迟滞比较器、包络整形和开关放大级,该结构中对包络信号进行整形后作为整个包络调制器的输入信号,同时偏置控制电路将线性放大级的输出信号反馈给包络整形电路,从而提高了包络跟踪功率放大器的输出效率,并且论文对包络调制器的噪声和环路特性均进行了模型简化和理论推导。然后论文设计了一种差分输入的线性功率放大器电路,采用cascode结构以实现高输出功率,输入输出的匹配网络采用片外分立元件进行设计。综上,论文结合混合型包络放大器和线性功率放大器的设计,在提高输出效率的同时输出功率也满足了应用需求。基于SMIC 0.18μm CMOS工艺完成了高效率的线性功率放大器电路的原理图设计和版图设计,并进行了后仿真验证以及与前仿真指标的对比。后仿真结果表明:高效率的线性功率放大器在1.80GHz中心频率的输入信号下,其平均输出功率为21.05dBm,功率附加效率为26.2%,功率增益为22.1dB,均满足设计要求。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN722.75
【部分图文】：

第三章 包络跟踪功率放大器设计出效率和线性度，其中 MN7、R5、R7 和 MN8、R6、R8 构成二极管线性化电路，两级 Cascode 的共栅极晶体管均采用自偏置方式使得功率放大器工作在最佳区域。功率级的输入晶体管尺寸选择为输出晶体管的 1/3，由于电感扼流圈面积过大，在 CMOS 工艺下不能承受如此大的电流，因此选择片外电感及匹配网络。另外，二极管线性化电路连接在功率输出级的晶体管栅极，同时具有提供输入晶体管栅极偏置电压的作用。根据指标要求平均输出功率大于 20dBm，对于固定电源电压的功率放大器而言，输出 1dB 压缩点最好在 22dBm 以上，输出饱和功率达到 25dBm。在 180nm CMOS 工艺下，共源极的晶体管采用标准晶体管，其栅长取最小 180nm，共栅极的晶体管采用厚栅管，其栅长取 350nm。对功率放大器在不同的温度下进行了仿真验证，如图 3-8 至图 3-10 所示，表 3-1 总结了功率放大器在不同温度下各个指标的具体数值。

晶体管栅极偏置电压的作用。根据指标要求平均输出功率大于 20dBm，对于固定电源电压的功率放大器而言，输出 1dB 压缩点最好在 22dBm 以上，输出饱和功率达到 25dBm。在 180nm CMOS 工艺下，共源极的晶体管采用标准晶体管，其栅长取最小 180nm，共栅极的晶体管采用厚栅管，其栅长取 350nm。对功率放大器在不同的温度下进行了仿真验证，如图 3-8 至图 3-10 所示，表 3-1 总结了功率放大器在不同温度下各个指标的具体数值。图 3-8 TT 工艺角与 27℃下功率放大器的输出功率、PAE 和 1dB 压缩点

图 3-8 TT 工艺角与 27℃下功率放大器的输出功率、PAE 和 1dB 压缩点图 3-9 TT 工艺角与 80℃下功率放大器的输出功率、PAE 和 1dB 压缩点
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本文编号：2852496