B/C类Doherty功率放大器制造技术

提供一种用于优化在峰值功率级别和回退功率级别γ处的效率的放大器布置。该放大器布置包括：输入功率分离器，其用于将输入信号划分成具有功率

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】B/C类Doherty功率放大器
本专利技术涉及放大器布置、用于确定放大器布置的性质的方法、计算机程序和计算机程序产品。
技术介绍
现代通信系统通常采用具有高的峰值对平均功率比（PAPR）的信号来改善频谱效率。但是，当输出功率从它的最大值回退时，传统AB类功率放大器（PA）的效率会快速降级。可通过以下方式改善回退时的效率：将功率放大器并入到特殊传送器/PA架构，诸如Doherty，W.H.Doherty“ANewHighEfficiencyPowerAmplifierforModulatedWaves”无线电工程师协会论文集，卷24，第9期，第1163-1182页,1936年9月,反相或动态负载调制。由于其相对的简单性和高性能，所以商业应用中广泛采用DohertyPA。Doherty操作的基本原理是利用辅助晶体管经由有功电流注入来调制由主晶体管所看到的阻抗。基于该原理，能够在信号的峰值功率处和平均功率级别处（例如，在6.5dB回退处）均维持峰值效率。经典的Doherty配置理想地由与四分之一波长变压器组合的一个B类偏置晶体管（此后称为主晶体管）和一个C类偏置晶体管（此后称为辅助晶体管）组成。选择辅助晶体管的C类偏置以使得达到所需的电流分布。这种配置在峰值功率级别处提供B类偏置主晶体管的理想最大效率（78.5%）和C类偏置辅助晶体管的理想最大效率（>78.5%）。在从峰值功率级别的选择的输出功率回退（OPBO）处，为主晶体管提供理想的最大效率，但却关断辅助晶体管。最初，Doherty描述了引起在6dBOPBO处的第二效率峰值的电流分布。幸运地，能够容易地推广所述电流分布以使得能够将第二效率峰值置于任何期望的回退级别γ处。将把这种推广形式的Doherty配置标示为经典Doherty功率放大器（DPA）。经典DPA要求辅助晶体管要大于主晶体管以达到期望的电流分布。例如，对于γ=6dB，当充分使用辅助晶体管时，辅助晶体管必须是主晶体管的1.27倍，并且对于γ=9dB，辅助晶体管必须是主晶体管的2.10倍。辅助晶体管的C类偏置连同与晶体管尺寸成比例的固有寄生缩放效应一起导致分离在所述两个晶体管中的不对称功率。对于小信号，当关断辅助晶体管时，输入功率分离能够直接转变成增益损失；当辅助晶体管关断时，注入到辅助晶体管中的功率将只会被浪费。此外，如果分离器的功率划分比是非常不均匀的，那么所得传输线变得很薄和/或很厚，从而对分离器的实现施加了实践限制。在一些情形中，利用均匀衰减器来实现正确的功率划分比，这使功率附加效率（PAE）严重降级，正如JangheonKim等人的“Optimumoperationofasymmetrical-cells-basedlinearDohertypowerAmplifiers-unevenpowerdriveandpowermatching”（关于微波理论和技术的IEEE会报，53卷，第5期,第1802-1809页，2005年5月)所公开的那样。一种减少输入功率分离器的小信号增益损失的公知方法是使得辅助晶体管大于必需的尺寸并且不充分使用它。随着辅助晶体管变得更大，辅助偏置接近B类偏置。这种隔离效应将导致不是那么地不对称的输入功率分离，但是固有寄生缩放将严重削弱这种效应。尽管尺寸过大的辅助晶体管DPA比具有充分使用的辅助晶体管的DPA具有稍微较低的组合器增益损失，但是由于外来寄生和物理维度约束，实质尺寸过大通常是不实际的。此外，尺寸过大直接转变成更高成本。在实际应用中，具有对称或接近于对称的晶体管的DPA通常是优先选择，如公开对称放大器的WO2015/055242中所概述。改善增益的其它方法是在拓扑中没有任何补偿的情况下来增加朝向AB类的主单元偏置和/或减小C类单元的尺寸。自然地，这些解决方案将违反电路的理想操作，从而使漏极效率显著降级。在功率放大器设计中，PAE是最重要的属性之一；为了达到足够高的PAE，要求足够的效率和增益。当接近毫米波时，低增益是关键问题，这使得很难设计具有足够高PAE的DPA。因此，高度追求在不增加芯片尺寸或折衷效率的情况下增加增益的方法。
技术实现思路
鉴于现有技术的上面所提及的缺点以及其它缺点，本专利技术的目的是提供用于优化在峰值功率级别和回退功率级别γ处的效率的改进型放大器布置以及用于确定这种放大器布置的性质的方法。根据第一方面，提供用于优化在峰值功率级别和回退功率级别γ处的效率的放大器布置。该放大器布置包括：输入功率分离器，它配置成将输入信号划分成具有功率Pm的第一信号和具有功率Pa的第二信号；主晶体管，它连接到功率分离器并且布置成接收第一信号，主晶体管配置成采用类似于B类的操作模式操作以提供第一输出信号；辅助晶体管，它连接到功率分离器并且布置成接收第二信号，辅助晶体管配置成采用C类操作模式操作以提供第二输出信号，其中接收的第一和第二信号具有相位偏移值θ，其中-π<θ<π；以及组合网络，它配置成将主晶体管和辅助晶体管的第一和第二输出信号耦合到放大器布置的输出节点。在该放大器布置中，组合网络的电路元件值、功率Pm和功率Pa、相位偏移值θ、辅助晶体管的偏置条件；以及辅助晶体管的相对尺寸Saux基于预定的回退功率级别γ、辅助晶体管的电流缩放因子rc、主晶体管尺寸过大因子ro,m和辅助晶体管尺寸过大因子ro,a，其中rc<1，ro,m≥1，并且ro,a≥1。本文公开的技术基于这样的实现，即，能够通过缩放辅助晶体管的电流分布来实现对于选择的回退功率级别γ具有改进特性的放大器布置。此外，电流缩放可以与辅助晶体管的尺寸过大和/或主晶体管的尺寸过大进行组合。基于本文公开的技术，能够标识具有显著更高的增益或更小的尺寸的放大器解决方案。根据一些方面，电流缩放因子rc：其中γ>1。根据一些进一步的方面，，其中Sc是按照下式定义的尺寸比：并且其中。根据一些方面，相位偏移值θ为：其中。根据一些方面，功率分离器配置成按照划分输入功率Pin，其中。根据一些方面，辅助晶体管的栅极偏置VGS,a为：其中VT是阈值电压，VSAT是饱和电压，并且。根据一些方面，组合网络包括三端口网络，它包括连接到主晶体管的输出的第一端口、连接到辅助晶体管的输出的第二端口以及连接到输出节点的第三端口。根据一些方面，利用两端口网络模型将三端口网络的电路元件值定义为：，以及其中Ropt是最佳B类负载，并且其中Z21=Z12。根据一些方面，选择rc、ro,a和ro,m，以使得对于ro,m>1，ro,a≥1，对于预定的回退功率级别γ，Saux=1。根据一些方面，选择rc、ro,a和ro,m，以使得对于ro,m≥1,ro,a>1，对于预定的回退功率级别γ，Saux=1。根据一些方面，提供有一种电路，它包括根据上文论述的方面中的任一方面的放大器布置。根据一些方面，提供有一种无线通信装置，它包括根据上文论述的方面中的任一方面的放大器布置。上文陈述的目的还通过确定用于优化在峰值功率级别和回退功率级别γ处的效率的放大器布置的性质的方法来获得。该放大器布置包括：输入功率分离器，它配置成将输入信号划分成具有功率Pm的第一信号和具有功率P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于优化在峰值功率级别和回退功率级别γ处的效率的放大器布置（100），所述放大器布置包括：输入功率分离器（101），其配置成将输入信号（102）划分成具有功率

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于优化在峰值功率级别和回退功率级别γ处的效率的放大器布置（100），所述放大器布置包括：输入功率分离器（101），其配置成将输入信号（102）划分成具有功率Pm的第一信号（103）和具有功率Pa的第二信号（104）；主晶体管（105），其连接到所述功率分离器并且布置成接收所述第一信号（103），所述主晶体管配置成采用类似于B类的操作模式操作以提供第一输出信号（108）；辅助晶体管（106），其连接到所述功率分离器并且布置成接收所述第二信号（104），所述辅助晶体管配置成采用C类操作模式操作以提供第二输出信号（109），其中所接收的第一和第二信号（103，104）具有相位偏移值θ，其中-π<θ<π；以及组合网络（107），其配置成将所述主晶体管和所述辅助晶体管（105，106）的所述第一和第二输出信号（108，109）耦合到所述放大器布置的输出节点（110），其中，所述组合网络（107）的电路元件值；所述功率Pm和所述功率Pa；所述相位偏移值θ；所述辅助晶体管（106）的偏置条件；以及所述辅助晶体管的相对尺寸Saux；它们基于如下参数：预定的回退功率级别γ、所述辅助晶体管的电流缩放因子rc、主晶体管尺寸过大因子ro,m和辅助晶体管尺寸过大因子ro,a，其中rc<1，ro,m≥1，并且ro,a≥1。2.根据权利要求1所述的放大器布置，其中所述电流缩放因子rc：其中γ>1。3.根据权利要求1或2所述的放大器布置，其中Saux=ro,aSc/ro,m，其中Sc是按照下式定义的尺寸比：并且其中。4.根据权利要求3所述的放大器布置，其中所述相位偏移值θ为：其中。5.根据权利要求3或4所述的放大器布置，其中所述功率分离器配置成按照Pm=dP,mPin划分输入功率Pin，其中。6.根据权利要求3到5中任一权利要求所述的放大器布置，其中所述辅助晶体管的栅极偏置VGS,a为：其中VT是阈值电压，VSAT是饱和电压，并且。7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的放大器布置，其中所述组合网络包括三端口网络（111），所述三端口网络（111）包括连接到所述主晶体管（105）的输出的第一端口（P1）、连接到所述辅助晶体管（106）的输出的第二端口（P2）以及连接到所述输出节点（110）的第三端口（P3）。8.根据权利要求7所述的放大器布置，其中利用两端口网络模型将所述三端口网络的电路元件值定义为：以及其中Ropt是最佳B类负载，并且其中Z21=Z12。9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的放大器布置，其中选择rc、ro,a和ro,m，使得对于ro,m>1，ro,a≥1，对于预定的回退功率级别γ，Saux=1。10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的放大器布置，其中选择rc、ro,a和ro,m，以使得对于ro,m≥1，ro,a>1，对于预定的回退功率级别γ，Saux=1。11.一种电路，包括根据权利要求1-10中任一权利要求所述的放大器布置。12.一种无线通信装置，包括根据权利要求1-10中任一权利要求所述的放大器布置。13.一种确定用于优化在峰值功率级别和回退功率级别γ处的效率的放大器布置（100...

【专利技术属性】
技术研发人员：W哈尔伯格，M奥泽恩，C发格，
申请(专利权)人：瑞典爱立信有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE