E类射频功率放大器设计.pdf

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1、电子设计《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2009年第25卷第5-2期文章编号:1008-0570(2009)05-2-0296-02E类射频功率放大器设计DesignofClass-ERadioFrequencyPowerAmplifier（广西大学计算机与电子信息学院）赵浩王宁章ZHAOHaoWANGNing-zhang摘要:基于0.18μmCMOS工艺,采用包含增益驱动级在内的两级电路结构,设计了一个工作频率为2.4GHz的E类开关模式功率放大器,并实现了全片集成。电路通过负载牵引技术获得最佳输出负载,在2V电源电压下经ADS2005A仿真,当输入信号功率为-1

2、0dBm时,获得约21.5dBm的输出功率,功率增益为31dB,功率附加效率达到57.69%的较好结果。关键词:E类;开关模式;功率附加效率;负载牵引中图分类号:TN710;TN431.1文献标识码:AAbstract:Basedon0.18μmCMOSprocess,usingafullyintegratedtwo-stagecircuitstructureincludingthegaindrivingstage,aworkingfrequencyof2.4GHzclass-Eswitch-modepoweramplifierwasdesigned.WithLoad

3、-Pulltechnology,thecircuitgottheop-timizedoutputload.SimulatedbyADS2005Aunder2Vsupplyvoltage,whentheinputpowerwas-10dBm,theresultsshowedthatitdelivered21.5dBmoutputpowerwith31dBpowergain,andthepoweraddedefficiency(PAE)was57.69%.技Keywords:Class-E;Switch-mode;Poweraddedefficiency(PAE);Loa

4、d-Pull术1引言而达到减小开关损耗，提高效率的目的。通常电路元件参数可由以下公式大致确定：射频功率放大器是无线发射机中的核心模块之一，也是无创(1)线收发机中功耗最大的模块，为了降低功耗，延长电池寿命，要求它具有高效和大功率输出。随着硅CMOS工艺的不断改进，新(2)采用标准CMOS工艺实现高性能的功率放大器是当今射频电路向尺寸更小、价格更低以及全片集成方向发展的必然趋势，(3)科研工作者们在相关理论研究以及电路性能的改进方面做了大量工作。本文基于0.18μmCMOS工艺，主要从高效率和集成(4)化的角度优化考虑，设计实现了一个工作频率在2.4GHz处的其中，为电

5、路品质因数，为工作频率，、为漏端电两级全集成E类开关模式功率放大器，获得较好的仿真效果。压、电流，为获得所需功率而将终端50Ω电阻进行阻抗变2工作原理换得到的匹配电阻。3电路设计与分析通常情况，单级功率放大器增益仅为10dB左右，需要增加高增益的驱动级来提高整体功放的增益。因此，功率放大器设计一般就分为功率输出级、输出匹配、增益驱动级、级间匹配、输入匹配等部分。图2为本文基于这种结构思想、采用0.18μm图1E类功率放大器工作原理电路CMOS工艺设计实现的两级全集成E类开关模式功率放大器图1给出了标准E类功率放大器工作原理电路。其中，扼的具体电路，其中驱动级为准F类，

6、输出级为E类。流电感阻止交流信号通过，并给晶体管提供直流电流。、组成一个串联谐振网络，以使流过该网络的电流为理想的正弦信号，所有谐波成分都被滤除。并联接地电容由两部分组成，一部分是晶体管的寄生电容，另一部分是实际引入的电容。驱动电压过驱动使得晶体管M1可近似作为开关来使用，当它导通时，晶体管上压降为零；而当它截止时，流过晶体管的电流为零。E类功率放大器正是通过对开关上的电压整形，使得在开关导通瞬间，开关上的电压和电压变化斜率都近似为零，从赵浩:在读研究生基金项目:基金申请人:王宁章;项目名称:复合功能电容压敏陶瓷变阻器及相关陶瓷电子器件的研究开发;图2两级全集成E类功

7、率放大器电路图基金颁发部门:广西科技厅(桂科攻0330003-6)3.1功率输出级-296-360元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》您的论文得到两院院士关注电子设计功率输出级采用工作原理中介绍的标准E类功率放大器如图4所示，从增益驱动级输出端看到的等效阻抗为：结构，这种直接由M3管构成的共源结构能够充分利用电源电(5)压的幅度，提高输出电压摆幅。由于E类功率放大器的漏端最增益驱动级的方波信号是由基波和三次谐波叠加而成，因高电压可能升高到3.6，为保证MOS管不被击穿，电路选用此通过公式（5）要确保增益驱动级输出端看到的三次谐波