RF功率放大器效率方面的挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)方案

本文介紹了設(shè)計(jì)RF功率放大器效率方面的挑戰(zhàn)。它簡(jiǎn)要介紹了使用不同的放大器和技術(shù)來(lái)創(chuàng)建有效結(jié)果的過(guò)程。

熱力學(xué)的基本定律可確保任何電子設(shè)備都無(wú)法達(dá)到100％的效率，盡管開關(guān)電源接近（接近98％）。不幸的是，任何產(chǎn)生RF功率的設(shè)備目前都無(wú)法擁有如此近乎理想的性能，因?yàn)閺恼麄€(gè)信號(hào)路徑的損耗到工作頻率，設(shè)備的固有特性以及其他。正如《麻省理工學(xué)院技術(shù)評(píng)論》（MIT Technology Review）的一篇文章不情愿地指出的那樣，結(jié)果是“硬件效率極低”。

當(dāng)然，在1936年及隨后的許多年中，只有少數(shù)幾種信號(hào)類型具有這些特性，因?yàn)樵?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/1301/" target="_blank">通信系統(tǒng)中采用的調(diào)制方案是AM和FM。如今，幾乎每個(gè)無(wú)線系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生高PAR信號(hào)，從WCDMA到CDMA2000，以及任何采用正交頻分復(fù)用（OFDM）的系統(tǒng)，例如WiMAX，LTE和最新版本的Wi-Fi。

屬于負(fù)載調(diào)制架構(gòu)類別的經(jīng)典Doherty放大器（圖2）實(shí)際上包括兩個(gè)放大器：偏置為以AB類模式工作的載波放大器，以及偏置為以C類模式工作的峰值放大器。功率分配器以90度將輸入信號(hào)平均分配給每個(gè)放大器。相位差。放大后，信號(hào)將通過(guò)功率組合器重新加入。兩個(gè)放大器均在輸入信號(hào)的峰值期間工作，并且均具有負(fù)載阻抗，可實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。

但是，隨著輸入信號(hào)功率的降低，C類峰值放大器將關(guān)閉，只有AB類載波可以工作。在這些較低的功率水平下，AB類載波放大器具有調(diào)制的負(fù)載阻抗，可實(shí)現(xiàn)更高的效率和增益。隨著體系結(jié)構(gòu)的不斷更新，Doherty放大器設(shè)計(jì)的重大進(jìn)步已迅速接success而來(lái)，從而取得了無(wú)與倫比的成功。

弄直

現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)要求放大器具有很高的線性度，否則將出現(xiàn)互調(diào)失真，從而降低信號(hào)質(zhì)量。不幸的是，放大器在接近飽和電平時(shí)會(huì)表現(xiàn)最佳，此后變?yōu)榉蔷€性，RF功率輸出隨輸入功率的增加而降低，并且開始出現(xiàn)明顯的失真。這種失真會(huì)導(dǎo)致對(duì)相鄰信道或服務(wù)的干擾。結(jié)果，設(shè)計(jì)人員通常將RF輸出功率補(bǔ)償?shù)健鞍踩珔^(qū)”以確保線性。當(dāng)他們這樣做時(shí)，需要更多的RF晶體管來(lái)提供給定的RF輸出功率，這反過(guò)來(lái)會(huì)增加電流消耗并導(dǎo)致電池壽命縮短，或者導(dǎo)致基站運(yùn)營(yíng)成本更高。

恩智浦有前途的發(fā)展

沒(méi)有負(fù)載調(diào)制效果的移相主題的另一種變化稱為使用非線性概念（LINC）的線性放大，它采用隔離組合器和放大器級(jí)驅(qū)動(dòng)至飽和狀態(tài)，并有效地提高了線性和峰值效率。LINC放大器的效率相對(duì)較低，因?yàn)槊總€(gè)放大器即使在低RF輸出電平下也以恒定功率工作。這是Chireix通過(guò)將相移與非隔離組合器和負(fù)載調(diào)制相結(jié)合來(lái)解決的，從而提高了平均效率。恩智浦半導(dǎo)體公司通過(guò)使用移相控制兩個(gè)開關(guān)模式RF放大器，使這一步驟更進(jìn)一步，以適應(yīng)高波峰因數(shù)的信號(hào)。該公司將Chireix淘汰技術(shù)與GaN HEMT開關(guān)模式Class E相結(jié)合（圖2）。

信封追蹤

放大器設(shè)計(jì)者中的另一個(gè)箭頭是包絡(luò)跟蹤，其中不斷調(diào)整施加到功率放大器的電壓，以確保功率放大器在其峰值工作區(qū)域內(nèi)工作，從而在最大功率下工作。與DC-DC轉(zhuǎn)換器提供固定電壓的典型功率放大器設(shè)計(jì)相反，包絡(luò)跟蹤電源以高帶寬，低噪聲波形調(diào)制到放大器的電源連接，該波形與同步放大器的瞬時(shí)包絡(luò)同步。信號(hào)。

將包絡(luò)跟蹤應(yīng)用于CMOS RF功率器件引起了極大的興趣。努吉拉（Nujira）多年來(lái)一直致力于開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。他們已經(jīng)證明，該技術(shù)可以克服不利于線性方面妨礙CMOS在RF放大器應(yīng)用中使用的負(fù)面特性，這要求砍掉它們以減少失真。而且，當(dāng)CMOS放大器在更高的RF功率水平下工作時(shí)，失真會(huì)削波波形的峰值。

編輯：hfy