SiGe BiCMOS包络跟踪功率放大器设计研究
Research And Design of SiGe BiCMOS Envelope Tracking Power Amplifier
在现代无线通信系统中,为了在有限的频谱范围内实现高速数据传输,普遍采用复杂且频谱效率高的调制方式,信号具有较高的峰均功率比(Power to Average Power Ratio,PAPR),包络也呈现非恒包络的特点,这将导致功率放大器(PA)的效率低下.为有效提高现代无线通信系统中功放的效率,业界提出了宽带包络跟踪(Wide-Bandwidth Envelope Tracking,WBET)技术,WBET技术以其能够在很宽的功率范围内实现高效率的优势,成为有效的效率增强技术之一.本文基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺,开展对现代WBET系统中的宽带包络跟踪功率放大器(WBET PA)电路的设计研究,WBET PA包括一个高线性HBT功率放大器电路和一个高性能CMOS电源调制器电路.在现代WBET系统中,一般采用高线性功率放大器以提高系统的线性度.本文所设计的SiGe HBT功率放大器采用两级结构,电源电压为3.3V,应用频段为WLAN 802.11g频段,工作在AB类工作模式下,驱动级与功率级均采用线性化偏置以提高系统线性度.仿真结果表明,在2.4GHz工作频率下,HBT功率放大器可输出25.25dBm的线性输出功率,饱和输出功率约32.5dBm,功率增益为27.3dB,峰值功率附加效率(Power-added Efficiency,PAE)30.2%,输入匹配11S小于-11.59dB,输出匹配22S小于-13.51dB,反向隔离度12S小于-34.8dB;在现代WBET系统中,高性能电源调制器是WBET PA的最重要模块,是实现WBET技术的核心,高性能电源调制器的设计一直是限制WBET技术的首要因素.本文设计的电源调制器采用由线性放大器与开关电源并联工作的并联型结构,电源电压为3.3V,负载为5Ω,其中线性放大器可提供的峰值线性电流为300mA,推挽式输出级器件尺寸为2.88mm?200nm,0.88mm?200nm,开关电源可提供的峰值开关电流为500mA,开关功率器件尺寸为8mm?400nm,2mm?400nm.性能分析指出该电源调制器适合处理在现代通信系统中普遍存在,且功率主要集中在直流及低频部分的OFDM信号;性能仿真结果表明,该电源调制器的输出摆幅0.26~2.8V,3dB带宽22.58MHz,相位裕度63.27度,能够满足10MHz的基带信号应用,且有一定裕量;功能验证结果表明,该电源调制器可以根据包络信号的幅度变化,动态调整供给功率放大器的供电电压.本文所设计的SiGe HBT功率放大器有较高线性度、大饱和输出功率和不错的效率,可应用于2.4GHz WLAN 802.11g频段;CMOS电源调制器功能正确,效率较高,经过进一步优化可作为高性能电源调制器应用在现代WBET系统中.
- 作者：
- 莫啸
- 学位授予单位：
- 重庆邮电大学
- 专业名称：
- 电子科学与技术
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 王巍
- 中图分类号：
- TN722.75
- 关键词：
- 宽带包络跟踪功率放大器；SiGe BiCMOS；HBT功率放大器；CMOS电源调制器
- WBET PA; SiGe BiCMOS; Class-AB power amplifier; supply modulator;