RF功率放大器效率方面的挑戰(zhàn)設計方案

本文介紹了設計RF功率放大器效率方面的挑戰(zhàn)。它簡要介紹了使用不同的放大器和技術來創(chuàng)建有效結果的過程。

熱力學的基本定律可確保任何電子設備都無法達到100％的效率，盡管開關電源接近（接近98％）。不幸的是，任何產(chǎn)生RF功率的設備目前都無法擁有如此近乎理想的性能，因為從整個信號路徑的損耗到工作頻率，設備的固有特性以及其他。正如《麻省理工學院技術評論》（MIT Technology Review）的一篇文章不情愿地指出的那樣，結果是“硬件效率極低”。

當然，在1936年及隨后的許多年中，只有少數(shù)幾種信號類型具有這些特性，因為在通信系統(tǒng)中采用的調(diào)制方案是AM和FM。如今，幾乎每個無線系統(tǒng)都會產(chǎn)生高PAR信號，從WCDMA到CDMA2000，以及任何采用正交頻分復用（OFDM）的系統(tǒng)，例如WiMAX，LTE和最新版本的Wi-Fi。

屬于負載調(diào)制架構類別的經(jīng)典Doherty放大器（圖2）實際上包括兩個放大器：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度將輸入信號平均分配給每個放大器。相位差。放大后，信號將通過功率組合器重新加入。兩個放大器均在輸入信號的峰值期間工作，并且均具有負載阻抗，可實現(xiàn)最大功率輸出。

但是，隨著輸入信號功率的降低，C類峰值放大器將關閉，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)制的負載阻抗，可實現(xiàn)更高的效率和增益。隨著體系結構的不斷更新，Doherty放大器設計的重大進步已迅速接success而來，從而取得了無與倫比的成功。

弄直

現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術要求放大器具有很高的線性度，否則將出現(xiàn)互調(diào)失真，從而降低信號質(zhì)量。不幸的是，放大器在接近飽和電平時會表現(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。這種失真會導致對相鄰信道或服務的干擾。結果，設計人員通常將RF輸出功率補償?shù)健鞍踩珔^(qū)”以確保線性。當他們這樣做時，需要更多的RF晶體管來提供給定的RF輸出功率，這反過來會增加電流消耗并導致電池壽命縮短，或者導致基站運營成本更高。

恩智浦有前途的發(fā)展

沒有負載調(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驅(qū)動至飽和狀態(tài)，并有效地提高了線性和峰值效率。LINC放大器的效率相對較低，因為每個放大器即使在低RF輸出電平下也以恒定功率工作。這是Chireix通過將相移與非隔離組合器和負載調(diào)制相結合來解決的，從而提高了平均效率。恩智浦半導體公司通過使用移相控制兩個開關模式RF放大器，使這一步驟更進一步，以適應高波峰因數(shù)的信號。該公司將Chireix淘汰技術與GaN HEMT開關模式Class E相結合（圖2）。

信封追蹤

放大器設計者中的另一個箭頭是包絡跟蹤，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轉換器提供固定電壓的典型功率放大器設計相反，包絡跟蹤電源以高帶寬，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包絡同步。信號。

將包絡跟蹤應用于CMOS RF功率器件引起了極大的興趣。努吉拉（Nujira）多年來一直致力于開發(fā)這項技術。他們已經(jīng)證明，該技術可以克服不利于線性方面妨礙CMOS在RF放大器應用中使用的負面特性，這要求砍掉它們以減少失真。而且，當CMOS放大器在更高的RF功率水平下工作時，失真會削波波形的峰值。

編輯：hfy