寬帶高效率多電平電源調(diào)制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間：2020-03-29 19:46

【摘要】：最近這幾年,通信行業(yè)飛速發(fā)展,4G和5G接踵而至。傳輸?shù)男盘?hào)帶寬逐漸增加,信號(hào)的峰均功率比越來越高。由于信號(hào)的高峰均功率比,功放管大部分時(shí)間都工作在回退情況下的非飽和狀態(tài),這對(duì)于功放管的效率有極大地降低。包絡(luò)跟蹤電源調(diào)制器系統(tǒng)是解決功率放大器在輸出功率回退的情況下效率嚴(yán)重下降的一個(gè)十分有效的手段。本文的主要研究對(duì)象為一種有數(shù)字電路輔助的包絡(luò)跟蹤電源調(diào)制器系統(tǒng)(ET系統(tǒng)),首先介紹了其電路結(jié)構(gòu)及工作原理,然后針對(duì)它的兩個(gè)關(guān)鍵電路結(jié)構(gòu)電源調(diào)制器以及功率放大器進(jìn)行了深入的研究,最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試與優(yōu)化。電源調(diào)制器作為ET系統(tǒng)的兩個(gè)核心之一,本文對(duì)于電源調(diào)制器的類型以及原理進(jìn)行了調(diào)查與研究,分析了不同種類電源調(diào)制器設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn),在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種離散型的電源調(diào)制器。對(duì)于電源調(diào)制器設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的紋波現(xiàn)象進(jìn)行了分析并提出了解決方案,并且針對(duì)不同的輸入信號(hào)類型,設(shè)計(jì)了一種算法能夠?qū)﹄娖街颠M(jìn)行調(diào)整,從而改善電源調(diào)制器的整體效率。經(jīng)過測(cè)試可知,在20MHz的切換速率下,電源調(diào)制器能夠保持高達(dá)86.5%的整體效率,最大輸出電壓為32V,最小輸出電壓為8V,并且輸出的峰值功率能夠達(dá)到40W,平均輸出功率可達(dá)10W以上。另外,針對(duì)作為ET系統(tǒng)另一核心的功率放大器,本文深入地探究了寬帶高效率功率放大器的設(shè)計(jì)思路與方法,分析了寄生電容(非線性電容)以及變化的漏極電壓對(duì)于功率放大器設(shè)計(jì)的影響,從而在功放管的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了優(yōu)化。最終本文采用Cree公司的CGH40010F晶體管設(shè)計(jì)了一款寬帶高效率連續(xù)F類功率放大器,工作頻段在3.2GHz-4.3GHz,漏極效率在70%左右,增益在10dB以上,輸出功率為40dBm以上。最后,對(duì)功率放大器在變化的漏極電壓下的特性改變進(jìn)行了研究之后,本文將整個(gè)ET系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合測(cè)試及優(yōu)化。在簡(jiǎn)單的測(cè)試平臺(tái)下驗(yàn)證整個(gè)ET系統(tǒng),最終的測(cè)試結(jié)果顯示,在40MHz的LTE信號(hào)(PAPR值為9.2)輸入下,ET系統(tǒng)使功率放大器的效率從27.1%提高至31.5%,驗(yàn)證了寬帶高PAPR值信號(hào)輸入時(shí),ET確實(shí)可以顯著地改善功率放大器的效率。
【圖文】：