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2022-06-22 22:45

摘要

本文介绍了用于包络跟踪(ET,envelope tracking)应用的线性辅助混合电源转换器(linear assisted hybrid converter)中的高带宽和高压摆率c1ass-AB放大器的设计。在传输LTE信号时,ET已经变得普遍用于提高便携式设备中的RF功率放大器(PA)的效率。在混合电源转换器中的c1ass-AB放大器向PA提供AC电力,而DC电力则由DC-DC转换器提供。 c1ass-AB放大器设计用于跟踪LTE信号的包络,带宽高达20 MHz,需要优化c1ass-AB放大器的设计以提高系统的效率。实现了一种新颖的高速电流检测模块,可精确检测c1ass-AB放大器的输出级电流。该放大器采用0.5 um的 CMOS工艺实现,采用3.6-5.0 V电源供电,能够驱动4~20 oHm范围的电阻负载。 AB类放大器在4 oHm负载下实现80 MHz UGF(单位增益频率),消耗大约33 mA静态电流。仿真结果显示跟踪20 MHz LTE信号,RMS误差优于-34 dB。

介绍

无线通信的最新进展已经导致了具有高数据速率的便携式通信系统的引入和实现。长期演进(LTE)是一种广泛用于移动蜂窝手机电话中的通信标准。通过复数(I/Q,I+j*Q)调制方案,载波聚合和宽信道带宽实现高速率数据传输 .LTE信号具体表现出高峰均功率比(PAPR,peak-to-average power ratio),从而导致功率放大器(PA)的效率问题。提高PA效率的一项主要技术是在输出功率回退中运行PA,即在较低的电源电压下运行PA。然而,PA效率和线性之间存在折衷。因此,恒定DC电源不能用于为LTE PA供电。这导致便携式通信系统中的主要设计挑战,其中系统运行时间不能被牺牲,同时仍然能够实现高数据传输速率。相反,业界已经提出了一些技术,如包络消除和恢复(EER,envelope elimination and restoration),平均功率跟踪(APT,average power tracking)和包络跟踪(ET,envelope tracking)技术,旨在提高PA效率,同时保持发射机的线性。

图1(a)描绘了典型的RFPA,其电源Vcc可根据输入功率电平RFIN进行调节。 RF PA的可调电源由平均功率跟踪信号VAPT驱动,该电压与在单个时间帧上传输的平均RF输出信号功率成比例。 APT输出电压通常由高效DC-DC转换器产生。虽然与固定的Vcc相比,离散的Vcc电平有助于提高PA效率,但相对于RFIN功率电平的快速变化,电源电压的非常缓慢的转换速率严重限制了最大可实现的效率。

基于平均功率跟踪概念的演化方法是包络跟踪(ET)技术。在该方案中,如图1(b)所示,基于RFIN信号VENV的包络信息不断地调节PA的供电电源电压。由VENV驱动的自适应电源电压用于调制RFPA的Vcc。该方案允许通过包络信息密切跟踪输入信号的瞬时功率电平,从而提供效率的实质性改进。自适应电源块通常使用DC-DC转换器,低压差电压调节器和/或线性放大器来实现。

图1