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射频集成电路设计—射频功率放大器设计
来源:整理综合自《集成电路产业全书》 | 作者:Belle | 发布时间: 2022-07-02 | 296 次浏览 | 分享到:

射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifer, RF PA), 是指在一定失真范围内提高射频信号的功率水平的放大电路,直接影响着射频发射通道的性能。


射频功率放大器的主要性能指标如下。

(1)输出功率:射频功率放大器输出到负载的射频信号的总功率,单位通常为dBm。dBm是射频信号功率相对于1mW的对数值,换算关系是

(2)效率:射频功率放大器的一个关键指标,通常用两种方法来表征。一是漏极效率,即输出功率与电源功率的百分比,;二是功率附加效率(Power Added Efficiency, PAE), 即射频功率放大器所提高的功率与电源功率的百分比,


(3)线性度:射频功率放大器产生的非线性失真同时表现在幅度和相位上,通常用1dB压缩点和三阶交调点来衡量线性度。


(4)稳定性:由S参数决定,当,而且=S11S22 -S12S21<1时,射频功率放大器就是稳定的。


射频功率放大器包括线性功率放大器和开关型功率放大器,其中线性功率放大器也称为传统功率放大器。


根据晶体管导通角的不同,线性功率放大器分为A类、B类、AB类和C类放大器,其中A类放大器的导通角为360°,效率较低,小于50%; B类放大器的导通角为180°,其效率比A类放大器高,但是线性度差,存在交越失真; AB类放大器的导通角介于180° ~ 360°,采用两管推挽工作,可以避免交越失真,线性度较好,效率也较高; C类放大器导通角小于180°, 效率比A类和B类放大器高。


开关型功率放大器是一种高效率的功率放大器 ,其晶体管工作在开关状态,可以分为D类、E类和F类放大器。理想情况下,开关导通时的压降为0,开关截止时的电阻为无穷大,理论效率可以达到100%。开关型功率放大器的失真较大,非线性失真严重制约了开关型功率放大器的应用,提高其线性度是当前的一个研究热点。


目前,射频功率放大器的设计与加工主要使用GaAs工艺、SiGe工艺和射频CMOS工艺3种工艺。GaAs工艺的射频功率放大器主要适用于高功率输出的应用,广泛应用于无线通信领域; SiGe 工艺与Si CMOS工艺兼容,有助于实现射频功率放大器与射频集成电路的集成;射频CMOS工艺可以实现更高的集成度,成本也更低,但是CMOS射频功率放大器的性能,与GaAs相比尚有一定差距,目前主要用于蓝牙、ZigBee 等。


同时,近年来GaN作为-种制造大功率射频功率放大器的新型材料,得到了越来越多的关注。