行业新闻
Group news
江苏宏丰木业有限公司    您的位置: 首页  >  行业新闻  >  正文

基于InGaP/GaAs HBT和AlGaAs/InGaAs(D-Mode)pHEMT工艺的LTE-A宽带功率放大器设计

2019年11月02日 文章来源:网络整理 热度:55℃ 作者:刘英

摘 ?要: 针对LTE-A移动终端应用,采用双功率模式架构设计了一款宽带功率放大器,利用功放工作模式的切换,改善了功放回退区域的效率。该功放还采用了InGaP/GaAs HBT和AlGaAs/InGaAs pHEMT的一体化工艺,将功放电路与控制电路单片集成,实现模式控制的片上切换,能有效提高功放的集成度。该功放在工作电压为3.4 V,频率2.3~2.69 GHz范围内,使用10 MHz LTE调制信号输入,在输出功率为10 dBm时,测得LPM相对于HPM效率提高至少6%,有效提高了功放功率回退时的效率,功放的性能在全频带内满足3GPP协议要求。

关键词: 双功率模式;功率回退;效率提升;功率放大器

中图分类号: TN927

文献标识码: A

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.171431

中文引用格式: 黄亮,李嘉进,章国豪. 一种应用于LTE-A的双功率模式宽带功率放大器设计[J].电子技术应用,2017,43(9):30-33,38.

英文引用格式: Huang Liang,Li Jiajin,Zhang Guohao. A dual power mode broadband power amplifier design for LTE-A applications[J].Application of Electronic Technique,2017,43(9):30-33,38.

0 引言

无线通讯系统中,射频功率放大器(Power Amplifiers,PA)是影响手持移动终端续航时间的重要因素之一,尤其是LTE-A移动通信网络对功放的线性度和效率提出了更高的要求。LTE-A是LTE-Advanced的简称,是LTE的演进。LTE-A协议采用正交频分复用(OFDM)技术,频谱效率高,峰值平均功率(PAPR)比较大。例如LTE-A QPSK调制信号,带宽为10 MHz,资源块(Resources Block)数为12 RB时,其信号PAPR可达7 dB以上[1]。由于LTE-A系统信号的高PAPR,功率放大器主要工作在远离最高线性输出功率的功率回退区域,从而导致功放的平均效率降低,大大降低了移动终端的使用时长。

目前,已有很多关于功放平均效率改善技术的研究。具有代表性的技术如包络消除与恢复技术(EER)[2]和包络跟踪技术(ET)[3],均通过附加的电源电压调制模块根据信号包络调节不同输入信号下电源电压大小,以此提高功放的平均效率;但是其附加的控制电路增加了芯片的尺寸,增加了功放的复杂度和成本。

因此,本文介绍了一种带有高功率模式(High Power Mode,HPM)和低功率模式(Low Power Mode,LPM)两种功率模式的功率放大器来提高功率放大器在低功率输出区域的效率。两种功率模式分别设计相应的线性功率放大器,并通过开关切换实现模式切换。开关采用简单实用的pHEMT工艺设计,且该开关工艺可以与InGaP/GaAs HBT工艺在同一个晶圆上实现。所以,通过这两种工艺的应用可将双功率模式功放单芯片实现,减小功放的尺寸。另外,为了简化射频前端,还将采用宽带化设计。

1 功放的设计与分析

基于以上的设计考虑,一个电源电压为3.4 V,工作在2.3~2.69 GHz范围内的双功率模式宽带功率放大器原理图如图1所示。图1所示功放原理图,其中阴影部分为单芯片集成(MMIC)部分,只有输出匹配和电源供给通过片外实现,控制电路和偏置电路也与功放集成在同一个芯片(die)上。

基于InGaP/GaAs HBT和AlGaAs/InGaAs(D-Mode)pHEMT工艺的LTE-A宽带功率放大器设计

图1所示功放架构,HPM链路由SW1、Q1、Q2和Q3构成;LPM链路由SW2、SW3、Q4和Q5构成。高功率模式时,功放级Q1、Q2和Q3工作,功放级Q4和Q5关闭,射频开关SW1打开,射频开关SW2和SW3关闭。低功率模式时,功放级Q1、Q2和Q3关闭,功放级Q4和Q5工作,射频开关SW1关闭,射频开关SW2和SW3打开。功放和开关的开与关分别由偏置和开关控制电路控制。

1.1 高和低功率功放设计

功放的HPM链路通过一个三级功放实现,如图1所示。其中功放第一级要为后级提供足够的驱动,设计时使第一级偏置在A类以提高整个功率放大器的线性度及提供高增益,由于第一级输出功率较小,发射极面积大小为300 μm2;功放第二级为功放驱动级,主要使输出级能获得足够的功率输出,输出级偏置于浅AB类,驱动输出该级发射极面积大小为840 μm2;第三级主要起功率放大的作用,偏置在深AB类工作状态以提高功放效率,由于工作电流大,其发射极面积大小为4 500 μm2。为了实现宽带,功放的第一级和第二级都应用了RC负反馈网络,该负反馈网络可以增加功放的增益平坦度,并一定程度降低功放管的非线性影响。另外,二三级之间采用了两级LC的宽带高效匹配结构。

功放的LPM链路通过一个二级功放实现,如图1所示。其中功放第一级要提供增益和为后级提供足够的驱动,设计时使第一级偏置在AB类,发射极面积大小为300 μm2;第二级主要起功率放大的作用,其偏置在深AB类工作状态以提高功放效率,其发射极面积大小为540 μm2。为了增加带宽,功放的第一级应用了RC负反馈网络。

上一篇:人脸识别技术公司十大排名


下一篇:本振泄露是什么_本振泄露的原因和影响

友情链接
Links
鸿运国际官网_鸿运国际备用网址