RF功率放大器效率方面的挑战设计方案

   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  版本的Wi-Fi。

    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  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  ，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）。

    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  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。