EDN China > 设计实例 > 模拟设计 > 运放与功放 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 高效率低谐波失真E类射频功率放大器的设计

来源:国外电子元器件/作者:苏黎 王向?? 2006年11月04日 ?? 收藏0

引言

????????近年来,随着无线通讯的飞速发展,无线通信里的核心部分——无线收发器越来越要求更低的功耗、更高的效率以及更小的体积,而作为收发器中的最后一级,功率放大器所消耗的功率在收发器中已占到了60%~90%,严重影响了系统的性能。所以,设计一种高效低谐波失真的功率放大器对于提高收发器效率,降低电源损耗,提高系统性能都有十分重大的意义。

?????? 笔者采用了SiGe BiCMOS工艺实现了集成E类功率放大器,其工作频率为1.8GHz,工作电压为1.5V,输出功率为26dBm,并具有高效率和低谐波失真的特点,适用于FM/FSK等恒包络调制信号的功率放大。为了达到设计目标,该功率放大器采用了一些特殊的方法,包括采用两级放大结构,差分和互补型交叉耦合反馈结构。

E类功率放大器

?????? E类功放工作原理E类功率放大器的特点是将晶体管作开关管,相对于传统的将晶体管用作电流源的A、B、AB类功率放大器,具有更高的附加功率效率(PAE,power added efficiency)。

????????图1所示为理想E类功率放大器的原理图。其中,C为场效应管结电容和外接电容之和,ron为场效应管处于线性区时的漏源电阻。

E类功放原理图

??????? 图1 E类功放原理图

??????????当输入电压大于阈值电压时,场效应管工作在线性区,相当于开关闭合,由于漏源间电阻ron很小,因此VD近似为0;而当输入电压小于阈值电压时,场效应管截止,相当于开关断开,ID为0。此时,C开始充电,引起VD增加,调谐网络从VD中滤出基波,传输到负载电阻上。当开关再次闭合时,有VD=0和dVD/dt =0,从而使得场效应管上的电压和电流不同时出现,消除了由于充放电带来的(1/2)CV2的损耗,晶体管理想效率达到100%。

???????? 除了高效率,E类功放还有一个优点就是功率可调节性,即在保证输出效率的同时能较大范围的调节输出功率。因为场效应管相当于开关,所以输入电压的幅值不会影响输出功率的大小。同样的,当场效应管处于三极管区时,漏源间的电阻ron上会有功率消耗PLOSS,这是E类功放的最主要功率损耗。由于PLOSS与VD2成正比,我们可以将漏极效率表示为:

??????? (1) 漏极效率

??????? 其中,C为常数。这样,通过调节电压保证一定的输出功率,E类功放就能保持较高效率。

??????? 存在问题

??????? E类功放同样也具有不少的局限性。例如,因为VD比VDD大上三倍左右,所以在设计的时候就必须考虑到击穿电压的影响,这样会使得输出的功率范围有很大的局限性。此外,为了减少ron带来的损耗,必须尽可能地增大宽长比,但是晶体管的面积越大,就会造成栅极的电容越大,使得在输入端需要更小的电感来进行耦合,这会对输入端信号提出更高的要求,很难通过BiCMOS工艺精确实现。而且大的栅漏电容会引起输出端到输入端的强反馈,这导致了输入和输出之间的耦合。最后,单端输出电路每个周期都要向地或者硅衬底泄放一次大的电流,这可能会引起衬底耦合电流的频率和输入、输出信号的频率相同,从而在输出端产生了错误的信号。

????? 电路设计与改进

?????? 图2所示为两级差分结构的功率放大器,其中M5、M8为第一级差分结构功率放大器,负责对第二级功率放大器提供大的驱动电压;M1和M2组成第二级差分功率放大器,而M6、M7和M3、M4分别构成了一、二级的交叉耦合正反馈结构。

两级差分耦合功率放大器

图2 两级差分耦合功率放大器

?


上一页12下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

高效率? 低谐波? E类? 射频?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈