功率放大器綜述匯編課件

1、功率放大器 (Power Amplifier)綜述報告人：時間：功率放大器 (Power Amplifier)綜述報告人目錄 PA發(fā)展歷程及研究意義 PA分類及其特性 PA主要指標 參考文獻目錄 PA發(fā)展歷程及研究意義一、功率放大器 (PA) 的發(fā)展歷程及研究意義 功率放大器的概述 功率放大器發(fā)展歷程：射頻器件發(fā)展射頻技術(shù)發(fā)展電路設計發(fā)展 功率放大器的研究意義一、功率放大器 (PA) 的發(fā)展歷程及研究意義 功率放大器的功率放大器概述 射頻功率放大器 (RF PA) 作為各種無線發(fā)射機的重要模塊，在現(xiàn)代 通信系統(tǒng)中的主要作用是在工作頻段高效率地放大射頻小信號，并將大功率射頻信號傳輸?shù)桨l(fā)射天線中。

2、 射頻功率放大器的工作過程，實際上是將電源直流功率在輸入調(diào)制信號的控制下轉(zhuǎn)換成具有相同頻率、相同相位的大功率信號。 提高射頻功率放大器的輸出功率、工作效率以及線性度和穩(wěn)定性等性能指標對于整個通信系統(tǒng)具有重要的意義。功率放大器概述 射頻功率放大器 (RF PA) 作為各種無線1948年雙極晶體管(BJT)1952年提出結(jié)型場效應管(JFET)硅雙極晶體管開始應用于射頻微波領域，可以對從幾百兆赫(UHF)到Ka波段的信號進行放大70年代以后GaAs肖特基勢壘柵場效應晶體管(GaAs MESFET)使射頻微波功率放大器具有高頻率、低噪聲、大功率等一系列優(yōu)點80年代ALGaAs/GaAs或InP/In

3、GaAs組成的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)射頻固態(tài)功率放大器的工作頻率到毫米波頻段90年代多種新型固態(tài)器件高電子遷移管(HEMT)、假同晶高電子遷移管(PHEMT)、異質(zhì)結(jié)場效應管(HFET)、異質(zhì)結(jié)雙極管(HBT)多種新材料如InP,SiC及CaN這些器件能夠?qū)?00GHz乃至更高頻率的信號進行放大，而且在多數(shù)情況下可以運用MMIC技術(shù)射頻器件發(fā)展1948年雙極晶體管(BJT)硅雙極晶體管開始應用于射頻微波射頻技術(shù)發(fā)展DSP技術(shù)和微處理控制技術(shù)廣泛地應用各種功率放大器線性化技術(shù)復雜的反饋技術(shù)和預失真技術(shù)來提高放大器的效率及線性度功率合成技術(shù)采用多個放大管輸出高達幾千瓦的功率寬帶技術(shù)對帶寬達幾十

4、個GHz以上的信號進行放大各種效率增強技術(shù)射頻技術(shù)發(fā)展DSP技術(shù)和微處理控制技術(shù)廣泛地應用各種功率放大射頻功率放大器的應用 射頻功率放大器由于具有工作電壓低、尺寸小、線性度高、噪聲低等優(yōu)點，廣泛應用在衛(wèi)星通信、移動通信、雷達和電子戰(zhàn)以及各種工業(yè)裝備中。 在軍用與鐵路通信中，功率放大器通常被用于無線通信系統(tǒng)發(fā)射機、軍用雷達的核心器件。 在第三代移動通信系統(tǒng)(3G)中，要求數(shù)據(jù)傳輸速率達到2M bit/s，單個信號的帶寬達5MHz，這就需要PA具有寬帶特性。 為了降低通信運營商的運營成本，減小冷卻成本，易于熱控制，就要求提高PA的效率。 為了減小功率放大的級數(shù)和功率管的使用數(shù)量，以更低的功率進行驅(qū)

5、動，降低成本，就要求提高放大器的增益。射頻功率放大器的應用 射頻功率放大器由于具有工作電壓低、尺寸A類功率放大器的導通角=360，高線性度，最高效率也只有50%，常用于小信號放大。B類放大器由于采用零偏置，導通角=180，理想狀態(tài)下的效率最高可達到78.5%，常用于中低頻大功率放大電路。AB類功率放大器的導通角180360，效率和線性度折中的電路類型，最大效率在50%與78.5%之間，動態(tài)范圍有限，一般從一15dB到30dB。C類功率放大器又被稱為諧振功率放大器，其導通角180，動態(tài)范圍非常窄，只能在0dB到6dB范圍內(nèi)變化，效率取決于導通角大小，不能用于調(diào)幅信號的放大。二、功率放大器的分類A

6、類功率放大器的導通角=360，高線性度，最高效率也只有二、功率放大器的分類 開關(guān)型功率放大器（Switching Mode PA,SMPA)SMPA將有源晶體管驅(qū)動為開關(guān)模式，晶體管的工作狀態(tài)要么是開，要么是關(guān)，其電壓和電流的時域波形不存在交疊現(xiàn)象，所以是直流功耗為零，理想的效率能達到100%。二、功率放大器的分類 1958年，D類PA具有體積小、功率高等特點2001年，逆D類(Current Mode Class D,CMCD)1975年，E類PA是一種強開關(guān)型、高效率的PA2005年，逆E類PA從一定程度上降低了PA電路受功率器件寄生效應的影響1958年，F(xiàn)類PA是一種由諧波控制的高效率P

7、A2000年，逆F類PA提高F類PA的效率，降低直流功率2006年，J類PA是一種利用調(diào)整二次諧波、控制電壓與電流而獲得良好寬帶特性的PA2010年，Continuous F類PA，實現(xiàn)寬帶特性下功率器件的輸出具有恒定功率、高效率特性;2012年，Continuous E類PA的設計方法，使寬帶Continuous E類PA的進一步實現(xiàn)有了可能，但目前仍處于理論研究中二、功率放大器的分類 1958年，D類PA具有體積小、功率高等特點1975年，E類三、射頻功率放大器的主要指標射頻放大器的系統(tǒng)框圖三、射頻功率放大器的主要指標射頻放大器的系統(tǒng)框圖三、射頻功率放大器的主要指標 工作頻帶:指放大器滿足

8、或者超過設計參數(shù)要求的工作頻率范圍。輸出功率:功率放大器的輸出功率可以采用飽和輸出功率(Psat)或1dB壓縮點輸出功率(P1dB)來表征增益及增益平坦度:增益是指放大器輸出端口的功率與輸入端口功率的比值。功率附加效率PAE：全面反映放大器輸出功率與外加功率的關(guān)系輸入輸出電壓駐波比:表示放大器的輸入輸出端口與負載的匹配度三、射頻功率放大器的主要指標 工作頻帶:指放大器滿足或者超過參考文獻1 王志華，吳恩德，“CMOS射頻集成電路的現(xiàn)狀與進展”，電子學報，2001. 2 Timothy C. Kuo and Bruce B. Lusignan, “A 1.5W Class-F RF Power

9、Amplifier in 0.2m CMOS Technology”, in IEEE International Solid-State Circuits Conference, 2001. 3 Alireza Shirvani, David K. Su and Bruce A. Wooley, “A CMOS RF Power Amplifier with Parallel Amplification for Efficient Power Control”, in IEEE International Solid-State Circuits Conference, 2001. 4 Mo

10、na M. Hella and Mohammed Ismail, “A Digitally Controlled CMOS RF Power Amplifier”, in IEEE Midwest Symposium on Circuits & Systems, 2001. 5 Y. Kim, C. Park, H. Kim and S. Hong, “CMOS RF power amplifier with reconfigurable transformer”, in ELECTRONICS LETTERS, March 2006. 參考文獻1 王志華，吳恩德，“CMOS射頻集成電路的現(xiàn)狀

11、參考文獻6 Patrick Reynaert and Michiel Steyaert, “A Fully Integrated CMOS RF Power Amplifier with Parallel Power Combining and Power Control”, in IEEE Asian Solid-State Circuits Conference, 2005. 7 N. Srirattana, P. Sen, H.-M. Park, C.-H. Lee, P. E. Allen, and J. Laskar, “Linear RF CMOS Power Amplifier

12、with Improved Efficiency and Linearity in Wide Power Levels”, in IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, 2005. 8 戚威，“射頻功率放大器的研究與設計”，碩士學位論文，2009. 9 Hongtak Lee, Changkun Park, and Songcheol Hong, “A Quasi-Four-Pair Class-E CMOS RF Power Amplifier With an Integrated Passive Device Transfor

13、mer”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, April 2009. 參考文獻6 Patrick Reynaert and M參考文獻10 Fada Yu, Enling Li, Ying Xue, Xue Wang and Yongxia Yuan, “Design of 2.1GHz RF CMOS Power Amplifier for 3G”, in International Conference on Networks Security, Wireless Communications and Trusted

14、 Computing, 2009. 11 Brecht Franois and Patrick Reynaert, “A Fully Integrated Watt-Level Linear 900-MHz CMOS RF Power Amplifier for LTE-Applications”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, June 2012.12 Shiang-Yu Tsai, Chun-Yu Lin, Li-Wei Chu and Ming-Dou Ker, “Design of ESD Protectio

15、n for RF CMOS Power Amplifier with Inductor in Matching Network”, in IEEE Asia Pacific Conference on Circuits & Systems, 2012.13 Seunghoon Kang, Bonhoon Koo, and Songcheol Hong, “A Dual-Mode RF CMOS Power Amplifier with Nonlinear Capacitance Compensation”, in Asia-Pacific Microwave Conference, 2013.

16、 14 Sunghwan Park, Jung-Lin Woo, Unha Kim and Youngwoo Kwon, “Broadband CMOS Stacked RF Power Amplifier Using Reconfigurable Interstage Network for Wideband Envelope Tracking”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, April 2015. 參考文獻10 Fada Yu, Enling Li, Y參考文獻14 Sunghwan Park, Jung-Li

17、n Woo, Unha Kim and Youngwoo Kwon, “Broadband CMOS Stacked RF Power Amplifier Using Reconfigurable Interstage Network for Wideband Envelope Tracking”, IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, April 2015.15 Nathalie Deltimple, Marcos L. Carneiro, Eric Kerherv, Paulo H. P. Carvalho, Didie

18、r Belot, “Integrated Doherty RF CMOS Power Amplifier design for Average Efficiency Enhancement”, in IEEE International Wireless Symposium, 2015. 16 Earl McCune, “A Technical Foundation for RF CMOS Power Amplifiers, Part 2: Power amplifier architectures”, IEEE SOLID-STATE CIRCUITS MAGAZINE, Fall 2015. 參考文獻14 Sunghwan Park, Jung-L參考文獻17 Muhammad Abdullah Khan, Ahmed Farouk Aref, Muh-Dey Wei and Renato Negra, “Highly linear and reliable low band class-O RF power amplifier in 130 nm CMOS technol