一种基于包络追踪技术的功率放大电路及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于包络追踪技术的功率放大电路及设计方法，解决了传统Doherty架构的功放电路存在效率难以保证以及输出为峰值功率时的线性度较差的问题。该包括Doherty架构以及外置电源；所述外置电源为ET电源或APT电源；ET电源或APT电源的输出端接入Doherty架构中第一晶体管的漏极，并同时通过降压模块与第二晶体管的栅极连接；或者ET电源或APT电源的输出端同时与Doherty架构中第一晶体管和第二晶体管的漏极连接，并同时通过降压模块与第二晶体管的栅极连接。压模块与第二晶体管的栅极连接。压模块与第二晶体管的栅极连接。

【技术实现步骤摘要】
一种基于包络追踪技术的功率放大电路及设计方法


[0001]本专利技术属于通信基站
，特别是一种基于包络追踪技术的功率放大电路及设计方法。

技术介绍

[0002]目前基站类功放在设计的时候都是采用多尔蒂(Doherty)构架的功率放大电路，该功率放大电路可以很好的兼顾输出平均功率时的效率和输出峰值功率时的线性度。
[0003]传统的适用于窄带信号的Doherty架构功放电路结构原理如图1所示，包括Doherty构架以及外置电源；
[0004]Doherty构架包括第一输入匹配网络转化模块、第二输入匹配网络转化模块、第一晶体管、第二晶体管、第一输出匹配网络转化模块、第二输出匹配网络转化模块、第一负载变换模块、第二负载变换模块以及第三负载变换模块；
[0005]第一输入匹配网络转化模块其输出端连接所述第一晶体管的栅极；第二输入匹配网络转化模块的输出端连接所述第二晶体管的栅极；
[0006]第一晶体管与第二晶体管的源极与接地；
[0007]第一输出匹配网络转化模块的输入端与第一晶体管的漏极连接；第二输出匹配网络转化模块的输入端与第二晶体管的漏极连接；
[0008]第一负载变换模块的输入端与第一输出匹配网络转化模块的输出短连接，第二负载变换模块的输入端与第二输出匹配网络转化模块的输出端连接；
[0009]第三负载变化模块的输入端分别与第一负载变换模块的输出端以及第二负载变化模块的输出端连接，
[0010]第三负载变化模块的输出端及外部负载；
[0011]外置电源采用固定电压模块，固定电压模块的输出端与第一晶体管的漏极连接，或者分别和第一晶体管的漏极以及第二晶体管的漏极连接。
[0012]由于传统Doherty架构的功放电路窄带特性逐步显现，为了解决带宽偏窄的问题，国内国外相关专家提出了双匹配的Doherty架构的功放电路，其结构如图2所示。该功放电路可以很好的解决带宽问题。
[0013]但不论是适用于窄带Doherty架构的功放电路或是适用于宽带Doherty架构的功放电路都存在以下问题：
[0014]1、由于使用了固定电压模块仅能提供固定漏压，基站在实际工作时，有工作在期望的平均功率回退3dB或者回退6dB的场景，此时功放工作在线性区，效率很难保证。
[0015]2、传统Doherty架构的功放电路，为了保证额定功率时的高效率，第一晶体管栅压一般偏置在AB类，第二晶体管栅压一般偏置在C类。当峰值功率来的时候，第一晶体管和第二晶体管由于栅压偏置不同，两路功率不能做到完全的同相叠加，这导致传统Doherty架构能达到的饱和功率低于第一晶体管+第二晶体管用于平衡放大器架构时能达到的饱和功率(平衡放大器两个晶体管具有相同的栅压和漏压，可以做到两路信号完全的同相叠加)，这
大幅降低了达到峰值功率时的线性度，因此导致线性度难以改善，线性度需要特制的预失真算法来达成。

技术实现思路

[0016]针对传统Doherty架构的功放电路存在效率难以保证以及输出为峰值功率时的线性度较差的问题，本专利技术提出一种基于包络追踪技术的功率放大电路。
[0017]同时提供了该电路的设计方法。
[0018]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，
[0019]一种基于包络追踪技术的功率放大电路，包括Doherty架构以及外置电源；所述外置电源为ET电源或APT电源；ET电源或APT电源的输出端接入Doherty架构中第一晶体管的漏极，并同时通过降压模块与第二晶体管的栅极连接；
[0020]或者ET电源或APT电源的输出端同时与Doherty架构中第一晶体管和第二晶体管的漏极连接，并同时通过降压模块与第二晶体管的栅极连接；
[0021]ET电源或APT电源对第二晶体管栅压进行调节，确保在输出额定功率时第二晶体管栅极偏置在C类，得到最大效率，同时使在输出峰值功率时第二晶体管栅极偏置在AB类，确保第二晶体管和第一晶体管维持同相位功率叠加，进而达到平衡放大器效果，得到最大饱和功率。
[0022]进一步地，上述降压模块包括电阻和运算放大器。
[0023]进一步地，上述Doherty架构为适用于窄带信号的Doherty架构，或者为适用于宽带信号的双匹配Doherty架构。
[0024]本专利技术还提供了上述基于包络追踪技术的功率放大电路的设计方法，其具体实现步骤如下：
[0025]步骤1：根据给定的输入信号峰均比PAR和平均有效输出功率Pave确定功率放大电路的饱和功率P1；
[0026]P1＝Pave+PAR；
[0027]步骤2：确定Doherty架构中单个晶体管的饱和功率值P1/2；
[0028]步骤3：采用仿真软件并调用单个晶体管模型，进行l oadpu l l仿真，调整单个晶体管模型漏压，记录晶体管模型的饱和功率为P1/2时对应的晶体管模型漏压值，并将该漏压值作为ET电源或APT电源的最大电压值V
max
，以及晶体管模型的饱和功率为Pave时对应的晶体管模型漏压值,并将该漏压值作为ET电源或APT电源的平均有效电压值V
rms
；
[0029]步骤4：通过最大电压值V
max
和平均有效电压值V
rms
求取ET电源或APT电源的最小电压值V
min
，得到ET电源或APT电源的电压范围，从而选取合适的ET电源或APT电源；
[0030]具体计算公式如下：
[0031][0032]其中，P1、P2为正数因子，取值范围均大于0且小于1；
[0033]步骤5：ET电源或APT电源与晶体管的匹配；
[0034]步骤5.1：根据选取的ET电源或APT电源最佳负载值R1以及晶体管输出额定功率时的漏级效率DE，得出晶体管输出平均功率时晶体管电流源输出端pLanA端面处的阻抗R2；
[0035]具体计算公式如下：
[0036][0037]其中，V1为晶体管自有特征电压，晶体管输出额定功率时的漏级效率DE再执行步骤3时获取；
[0038]步骤5.2：基于史密斯圆阻抗变换方法将负载的阻抗转化到晶体管电流源输出端pLanA端面处的阻抗R2处，从而实现ET电源或APT电源与晶体管的匹配；
[0039]步骤6：基于包络追踪技术的功率放大电路搭建完成。
[0040]进一步地，上述仿真软件采用Advanced Design System设计软件系统。
[0041]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果如下：
[0042]1、相比于传统的Doherty架构功率放大电路及双匹配Doherty架构功率放大电路，本专利技术提出的功率放大电路，可实现Doherty架构与ET电源或APT电源之间有效匹配；当ET(Envelope Tracking)电源或APT(Average Power Tracking)电源的最佳负载值与晶体管电流源处的等效电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于包络追踪技术的功率放大电路，包括Doherty架构以及外置电源；其特征在于：所述外置电源为ET电源或APT电源；ET电源或APT电源的输出端接入Doherty架构中第一晶体管的漏极，并同时通过降压模块与第二晶体管的栅极连接；或者ET电源或APT电源的输出端同时与Doherty架构中第一晶体管和第二晶体管的漏极连接，并同时通过降压模块与第二晶体管的栅极连接；ET电源或APT电源对第二晶体管栅压进行调节，确保在输出额定功率时第二晶体管栅极偏置在C类，得到最大效率，同时使在输出峰值功率时第二晶体管栅极偏置在AB类，确保第二晶体管和第一晶体管维持同相位功率叠加，进而达到平衡放大器效果，得到最大饱和功率。2.根据权利要求1所述的基于包络追踪技术的功率放大电路，其特征在于：降压模块包括电阻和运算放大器。3.根据权利要求1或2所述的基于包络追踪技术的功率放大电路，其特征在于：Doherty架构为适用于窄带信号的Doherty架构，或者为适用于宽带信号的双匹配Doherty架构。4.一种如权利要求1所述的基于包络追踪技术的功率放大电路的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据给定的输入信号峰均比PAR和平均有效输出功率Pave确定功率放大电路的饱和功率P1；P1＝Pave+PAR；步骤2：确定Doherty架构中单个晶体管的饱和功率值P1/2；步骤3：采用仿真软件并调用单个晶体管模型，进行loadpull仿真，调整单个晶体管模型漏压，记录晶体管模型的饱和功率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮金龙，夏勤，
申请(专利权)人：陕西亚成微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：