RF功率放大器效率方面的挑战设计方案

描述

本文介绍了设计RF功率放大器效率方面的挑战。它简要介绍了使用不同的放大器和技术来创建有效结果的过程。

热力学的基本定律可确保任何电子设备都无法达到100%的效率,尽管开关电源接近(接近98%)。不幸的是,任何产生RF功率的设备目前都无法拥有如此近乎理想的性能,因为从整个信号路径的损耗到工作频率,设备的固有特性以及其他。正如《麻省理工学院技术评论》(MIT Technology Review)的一篇文章不情愿地指出的那样,结果是“硬件效率极低”。

当然,在1936年及随后的许多年中,只有少数几种信号类型具有这些特性,因为在通信系统中采用的调制方案是AM和FM。如今,几乎每个无线系统都会产生高PAR信号,从WCDMA到CDMA2000,以及任何采用正交频分复用(OFDM)的系统,例如WiMAX,LTE和最新版本的Wi-Fi。

放大器

属于负载调制架构类别的经典Doherty放大器(图2)实际上包括两个放大器:偏置为以AB类模式工作的载波放大器,以及偏置为以C类模式工作的峰值放大器。功率分配器以90度将输入信号平均分配给每个放大器。相位差。放大后,信号将通过功率组合器重新加入。两个放大器均在输入信号的峰值期间工作,并且均具有负载阻抗,可实现最大功率输出。

但是,随着输入信号功率的降低,C类峰值放大器将关闭,只有AB类载波可以工作。在这些较低的功率水平下,AB类载波放大器具有调制的负载阻抗,可实现更高的效率和增益。随着体系结构的不断更新,Doherty放大器设计的重大进步已迅速接success而来,从而取得了无与伦比的成功。

弄直

现代数字调制技术要求放大器具有很高的线性度,否则将出现互调失真,从而降低信号质量。不幸的是,放大器在接近饱和电平时会表现最佳,此后变为非线性,RF功率输出随输入功率的增加而降低,并且开始出现明显的失真。这种失真会导致对相邻信道或服务的干扰。结果,设计人员通常将RF输出功率补偿到“安全区”以确保线性。当他们这样做时,需要更多的RF晶体管来提供给定的RF输出功率,这反过来会增加电流消耗并导致电池寿命缩短,或者导致基站运营成本更高。

恩智浦有前途的发展

没有负载调制效果的移相主题的另一种变化称为使用非线性概念(LINC)的线性放大,它采用隔离组合器和放大器级驱动至饱和状态,并有效地提高了线性和峰值效率。LINC放大器的效率相对较低,因为每个放大器即使在低RF输出电平下也以恒定功率工作。这是Chireix通过将相移与非隔离组合器和负载调制相结合来解决的,从而提高了平均效率。恩智浦半导体公司通过使用移相控制两个开关模式RF放大器,使这一步骤更进一步,以适应高波峰因数的信号。该公司将Chireix淘汰技术与GaN HEMT开关模式Class E相结合(图2)。

放大器

信封追踪

放大器设计者中的另一个箭头是包络跟踪,其中不断调整施加到功率放大器的电压,以确保功率放大器在其峰值工作区域内工作,从而在最大功率下工作。与DC-DC转换器提供固定电压的典型功率放大器设计相反,包络跟踪电源以高带宽,低噪声波形调制到放大器的电源连接,该波形与同步放大器的瞬时包络同步。信号。

将包络跟踪应用于CMOS RF功率器件引起了极大的兴趣。努吉拉(Nujira)多年来一直致力于开发这项技术。他们已经证明,该技术可以克服不利于线性方面妨碍CMOS在RF放大器应用中使用的负面特性,这要求砍掉它们以减少失真。而且,当CMOS放大器在更高的RF功率水平下工作时,失真会削波波形的峰值。

编辑:hfy

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