[信息与通信]CMOS射频集成电路_第15章RF功率放大器.ppt

第十五章RF 功率放大器 张玉明 西安电子科技大学微电子学院 zhangym@xidian.edu.cn 主要内容 功率放大器性能参数 功率放大器类型 功率放大器调制 RF功率放大器设计 功率放大器性能参数 输出功率 效率 功率利用因子 功率增益 线性度 输出功率 定义为功率放大器驱动给负载的带内射频信号的总功率，它不包括谐波成分以及杂散成分的功率。 效率 衡量放大器将电源消耗的功耗转化为射频输出功率的能力。 功率增加效率 漏极效率 功率利用因子 功率利用因子（Power Utilization Factor: PUF）是用来衡量功率放大器是否充分发挥了晶体管输出功率潜能的一个性能参数。 定义为功率放大器的实际输出功率与利用同一晶体管构成的理想A类功率放大器输出功率的比值。 功率增益 定义为放大器的输出信号功率与驱动信号功率的比值： 线性度 1dB压缩点和三阶交调点 相邻信道功率比ACPR（Adjacent Channel Power Ratio） 错误向量幅度（error-vector magnitude：EVM） ：发射机发射信号错误向量的长度 功率放大器类型 传统功率放大器 A类、B类、C类、AB类功率放大器 开关模式功率放大器 D类、E类、F类功率放大器 通用功率放大器模型 A类功率放大器 立体声设备中的一个标准范例的小信号放大器 设计中的假设是选择偏置的大小使得晶体管工作在线性区。 理想A类放大器漏极电压和电流 A类功率放大器性能 漏极电流 漏极电压 信号功率 DC输入功率 效率（漏极效率） 功率因子 B类功率放大器 偏置设成使输出器件在每个周期的一半时间内关断。 B类功率放大器性能 漏极电流 漏极电压 输出功率 DC功率 效率 功率因子 C类功率放大器 栅偏压设成使得晶体管在小于一半时间内导通 C类功率放大器性能 漏极电流 漏极电压 效率 当导通角减小至零时，效率接近100%。 输出功率趋近于零。 AB类功率放大器 A类放大器在100%的时间内导通 B类放大器在50%时间内导通 C类放大器在0~50%之间的某段时间内导通 AB类放大器在50%~100%时间内导通，效率与线性度在A类和B类之间 传统功率放大器性能比较 输出电流 D类功率放大器 输出端采用RLC串联网络 输入端保证了在一定时间内只有一个晶体管被驱动（一个晶体管工作在正半周，另外一个工作在负半周） D类功率放大器性能 晶体管如同开关，D类放大器的理论效率为100% 放大器归一化传递能力 4 D类和E类功率放大器简介 PA 的分类 PA 的分类 E类功率放大器 采用高阶电抗网络提供足够的自由度来改变电压的波形，使得在开关导通时的值和斜率均为零，从而降低开关损耗。 E类功率放大器性能 输出功率 功率利用因子 F类功率放大器 利用电抗终端阻抗的特性改变开关电压和电流的波形来提高效率 F类功率放大器 漏极在载波的所有偶次谐波处看到的是短路 漏极在载波的所有奇次谐波处看到的是开路 假设晶体管的工作像一个开关，那么电抗性的终端阻抗保证了漏极电压的所有奇次谐波都看不到任何负载，则在漏极会理想地产生一个方波电压。 F类功率放大器性能 输出功率 功率利用因子 PA 的分类 各类放大器性能比较 功率放大器调制 调制方式 线性化技术 调制方式 恒包络调制方式 信息仅调制载波的相位，而不改变载波的幅度，调制后信号波形的包络是一个常数。 包括模拟频率和相位调制、数字相位和频率调制（PSK、FSK、GMSK〕等。 非恒包络调制方式 信息仅调制载波的幅度（如模拟幅度调制和ASK调制〕 信息同时调制载波的幅度和相位（线性调制方式〕，如QAM调制等。 这两类调制方式都会改变载波的幅度，调制后信号波形的包络会随着时间而变化。 线性化技术 功率回退 漏极调制 包络反馈 前馈技术 预失真技术 功率回退 功率放大器的输出功率通常被限制于1dB压缩点以下的能量范围内。 基本原理是：当输入功率减小时，各阶交调积成分和谐波成分都会以指数率减小，而输出功率仅线性减小，因此可以提高线性度。 漏极调制 利用功率放大器的电源端作为一个输入端，通过改变电源电压来改变功率放大器的输出功率，得到比直接在功率放大器输入端引入幅度调制信号更高的线性度。 包络反馈 反馈信号是调制信号的包络。 基本原理：功率放大器的输出经解调器解调后，恢复出调制信号，反馈到系统的输入，与原始调制信号进行比较，比较后的误差量经放大和上变频后，送入功率放大器进行放大。这是一个负反馈系统，当环路传输增益大于1时，只要反馈回路是线性的，系统的线性度就可以得到改善。 前馈技术 预失真技术 通过一个预失真模块给功率放大器的输入引入一定的失真。 预失真模块的幅度和相位随输入功率的变化曲线与