芯片设计 CMOS模拟集成电路设计与仿真实例基于Cadence IC 617 课件 第6章 射频功率放大器.pptx

第6章射频功率放大器芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例：基于CadenceIC617第1页/共26页

第6章射频功率放大器6.1功率放大器概述6.1.1功率放大器性能参数6.1.2功率放大器类型6.1.3负载线匹配6.2实例分析：S波段功率放大器6.2.1电路搭建6.2.2电路参数仿真6.2.3负载牵引效应及最佳负载阻抗的匹配6.2.4指标测试及电路优化6.3本章小结第2页/共26页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例：基于CadenceIC617

6.1功率放大器概述射频放大器就是利用有源器件的放大能力对射频信号完成放大，多处于大信号模式，信号的输出功率通常较大，因此其放大管需要具备较强的电流驱动水平和较高的抗压能力。通过以下三个方面了解功率放大器：功率放大器性能参数功率放大器类型负载线匹配第3页/共26页芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例：基于CadenceIC617

6.1.1功率放大器性能参数功率放大器的典型性能参数包括工作频带、功率增益、饱和输出功率、1dB压缩点和三阶交调点、功率附加效率（Power-AddedEfficiency，PAE）和漏极效率等，在设计过程中通常需要折衷考虑。此处主要介绍输出功率、效率、线性度三个参数：输出功率：在工作频带内传输给负载的总功率，且该功率不包括谐波和杂散成分。输入信号的功率上升到某一值后，输出信号的功率不再随着输入继续增加，而是基本保持在一个较稳定的值，相当于达到饱和，此时的值就是饱和输出功率。芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例：基于CadenceIC617第4页/共26页

6.1.1功率放大器性能参数功率放大器的典型性能参数包括工作频带、功率增益、饱和输出功率、1dB压缩点和三阶交调点、功率附加效率（Power-AddedEfficiency，PAE）和漏极效率等，在设计过程中通常需要折衷考虑。此处主要介绍输出功率、效率、线性度三个参数：效率：用来评估其将直流能量转化为射频能量的水平。通常有两种衡量方式（1）功率附加效率：（2）漏极效率：漏极效率通常比功率附加效率高，功率附加效率是最能体现功放效率的参数。芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例：基于CadenceIC617第5页/共26页

6.1.1功率放大器性能参数功率放大器的典型性能参数包括工作频带、功率增益、饱和输出功率、1dB压缩点和三阶交调点、功率附加效率（Power-AddedEfficiency，PAE）和漏极效率等，在设计过程中通常需要折衷考虑。此处主要介绍输出功率、效率、线性度三个参数：线性度：针对复杂的数字调制方式，其发射系统的线性度通常还会用相邻信道功率比（ACPR）和错误向量幅度（EVM）来衡量。其中，相邻信道功率比主要考察系统由于非线性因素对相邻信道的干扰程度，而错误向量幅度表示的是信号错误向量的归一化长度，通常作为评估信号质量的参数芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例：基于CadenceIC617第6页/共26页

6.1.2功率放大器类型功率放大器主要分为传统型功率放大器和开关型功率放大器。传统电流源型的功率放大器根据导通角不同，即输入信号在多少周期内是导通的这一标准，可分为A类、AB类、B类和C类四种；开关型功率放大器通过高驱动电压使功率放大器中的晶体管处于开关状态，导通时工作在线性区，截止时工作在截止区。控制晶体管在完全导通和完全截止的状态间瞬时切换。开关型功放可分成D类、E类和F类。芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例：基于CadenceIC617第7页/共26页

6.1.2功率放大器类型功率放大器具体分类与性能特点如表所示：在增益和线性度方面，传统型功率放大器的表现更好；但在输出功率和效率方面，开关型功率放大器更有优势。设计时需要折衷考虑。芯片设计——CMOS模拟集成电路设计与仿真实例：基于CadenceIC617第8页/共26页?类型工作模式导通角输出功率理论效率增益线性度传统型功率放大器A电流源2π中50%高极好AB电流源π~2π中50~78.5%中好B电流源π中78.50%中好C电流源0~π小78.5~100%低差开关型功率放大器D开关π大100%低差E开关π大100%低差F开关π大100%低差

6.1.3负载线匹配功率放大器通常采用负载线匹配以实现最大功率传输。负载线匹配条件：Vmax：最大承受电压；Imax：最大输出电流。