一种基于分级的放大电路功耗优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分级的放大电路功耗优化方法及系统，属于模拟电路技术领域。包括：S1.通过统计分析得到放大电路的功耗关于输入信号幅值和电压增益的关系。S2.根据放大电路功耗关于输入信号幅值和电压增益的关系，通过设计放大电路最优分级策略，调整放大电路的分级数和每一级放大电路的电压增益，使放大电路总功耗最小。本发明专利技术通过统计分析放大电路的功耗关于输入信号幅值和电压增益的关系，根据最优分级策略调整放大电路的分级数和每一级放大电路的电压增益，从而降低放大电路的功耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分级的放大电路功耗优化方法及系统


[0001]本专利技术属于模拟电路
，更具体地，涉及一种基于分级的放大电路功耗优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着第五代移动通信系统开始商业部署，全球移动数据流量呈现出指数增长趋势，无线通信系统的功耗随之增加。射频链路作为无线通信系统中最大的功耗来源之一，其功耗主要来自于放大电路。当前芯片采用缩短制程，减少所含电子数，降低供电电压等方式来实现低功耗。然而，电子数减少和供电电压降低也会导致放大电路性能下降。因此，如何在充分利用晶体管的性能的同时实现低功耗是基于晶体管的放大电路所面临的问题。
[0003]由于电压增益与放大电路的能量转换损耗密切相关，通过合理的分级策略，调整每一级放大电路的电压增益，减少能量转换损耗可以有效降低放大电路的功耗。为了降低放大电路的功耗，探讨放大电路功耗关于分级数和分级电压增益之间的关系，需要根据不同的输入电压幅值和总电压增益，设计放大电路的最优分级策略以优化放大电路的功耗，助力信息通信技术产业的绿色健康发展。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于分级的放大电路功耗优化方法，其目的在于降低放大电路的功耗。
[0005]本专利技术提供了一种基于分级的放大电路功耗优化方法，该方法包括：
[0006]S1.通过统计分析得到放大电路的功耗关于输入信号幅值和电压增益的关系。
[0007]S2.根据放大电路功耗关于输入信号幅值和电压增益的关系，通过设计放大电路最优分级策略，调整放大电路的分级数和每一级放大电路的电压增益，使放大电路总功耗最小。
[0008]优选地，步骤S1中对不同输入信号幅值和电压增益时放大电路的功耗进行统计分析，得到放大电路功耗关于输入信号幅值和电压增益的函数表达式，所述电压增益满足：
[0009][0010]其中表示输入信号V
in
的幅值，表示输出信号V
out
的幅值。定义放大电路的极限工作状态为输入信号幅值和供电电压一定，在输出信号波形不失真的前提下放大电路达到最大电压增益的工作状态。不做特别强调，本方法中放大电路的电压增益均指极限工作状态下放大电路的电压增益。对不同输入信号幅值和电压增益时放大电路的功耗统计结果进行回归分析，回归分析结果含义如下：表示放大电路输入信号幅值为总电压增益为G时的功耗。
[0011]有益效果：放大电路的功耗模型与放大电路的具体物质结构和环境参数等因素密切相关，难以建立统一的数学模型表示放大电路的功耗，通过对具体电路的测量数据进行
统计分析得到放大电路的功耗模型可使模型更符合实际，极大程度简化建模过程同时扩大本专利技术的适用范围。考虑到放大电路的功耗与输入信号幅值和电压增益密切相关，同时从功能的角度考虑，输入信号幅值和电压增益是放大电路的重要参数，以放大电路的输入信号幅值和电压增益作为变量回归分析得到功耗模型可以很好地根据放大电路所需实现的具体功能计算得到对应的功耗，为设计放大电路的最优分级策略提供了基础。
[0012]优选地，步骤S2包括：
[0013]将单级电压增益为G的放大电路分级为第i级放大电路电压增益为G
i
的n级放大电路级联的多级放大形式，其中n为放大电路分级数。对于分级数为K的放大电路，即K级放大电路，其功耗满足：
[0014][0015]其中表示放大电路输入信号幅值为A
Vin
、电压增益为G时的功耗。
[0016]有益效果：针对现有放大电路对输入信号采用单极放大可能存在多余的能量消耗，本专利技术通过分级的形式对输入信号多次放大、调整每一级放大电路的电压增益来降低放大电路的功耗。放大电路在电压放大过程中，能量的转换并不是完全有效的，而是会伴随着一定的能量损耗以热量的形式散失，并且在电压增益较大时，电路中的能量转换损耗也会随之增加。因此，通过合理地调整放大电路的分级数和每一级的电压增益，采用最优分级策略可以使放大电路的功耗降到更低。
[0017]优选地，K级放大电路在给定输入信号幅值A
Vin
和总电压增益G且功耗最小，即时，每一级放大电路电压增益满足：
[0018][0019]其中表示K级放大电路的功耗，G
i
表示第i级放大电路的电压增益，i＝1,2,...,K
‑
1。
[0020]有益效果：调整K级放大电路每一级电压增益相当于规划每一级放大电路能量转换损耗，通过合理调整每一级放大电路的电压增益，使放大电路的总能量转换损耗最小。由于G
i
是连续变量，规划每一级放大电路、合理分配每一级放大电路能量的过程是平滑的，K级放大电路的功耗函数关于每一级电压增益是可导的。通过将K级放大电路的功耗函数关于每一级电压增益的偏导置零并求解，即可得到K级放大电路的功耗最小时的每一级电压增益。
[0021]优选地，放大电路最优分级数K
max
的选取满足：如果则K
max
＝1；如果则K
max
满足且其中表示分级数为K的放大电路的功耗，K
max
表示放大电路的最优分级数，表示采用最优分级策略的放大电路的功耗。
[0022]有益效果：放大电路最优分级数的选取需使放大电路的总功耗最小。放大电路分级的过程在降低每一级放大电路能量转换损耗的同时，也会由于放大电路级数的增加导致
相应器件损耗的增加。因此增加放大电路的分级数并不能使放大电路的总功耗持续降低。对于输入信号幅值和总电压增益相同的单级放大电路和2级放大电路，若单极放大电路的功耗小于等于2级放大电路的功耗，则说明分级导致器件损耗的增加大于能量转换损耗的降低，放大电路的最优分级数为1，即不分级。对于输入信号幅值和总电压增益相同的单级放大电路和2级放大电路，若单极放大电路的功耗大于2级放大电路的功耗，则说明放大电路的最优分级数不为1，可以继续增加放大电路的分级数K直至满足且即放大电路分级数增加时分级导致器件损耗的增加大于等于能量转换损耗的降低，分级数减少时分级导致器件损耗的增加小于能量转换损耗的降低，此时分级对放大电路功耗的收益达到最大，取此时的分级数为最优分级数K
max
。
[0023]优选地，放大电路功耗表达式满足：
[0024][0025]其中表示放大电路输入信号幅值为电压增益为G时，实际用于信号放大的功耗，α为能量转换损耗系数，表示信号放大过程中以热量形式散失、并非用于信号放大的能量损耗占总功耗的比例，且能量转换损耗系数随电压增益的增加而增加。
[0026]有益效果：上式刻画了放大电路在电压放大过程中的总功耗与实际用于信号放大的功耗之间的关系，可以看到放大电路在电压放大过程中的总功耗与实际用于信号放大的功耗存在比例关系，比例系数为1与能量转换损耗系数的差值，并且在电压增益较大时，电路中的能量转换损耗系数也会随之增加。因此可以通过减少放大电路的电压增益降低能量转换损本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分级的放大电路功耗优化方法，其特征在于，该方法包括：S1.通过统计分析得到放大电路的功耗关于输入信号幅值和电压增益的关系；S2.根据放大电路的功耗关于输入信号幅值和电压增益的关系，通过设计放大电路最优分级策略，调整放大电路的分级数和每一级放大电路的电压增益，使放大电路总功耗最小。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中对不同输入信号幅值和电压增益时放大电路的功耗进行统计分析，得到放大电路的功耗关于输入信号幅值和电压增益的函数表达式其中G为电压增益，其中G为电压增益，表示输入信号V
in
的幅值，表示输出信号V
out
的幅值。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：将单级电压增益为G的放大电路分级为第i级放大电路电压增益为G
i
的n级放大电路级联的多级放大形式，其中n为放大电路分级数；对于分级数为K的放大电路，即K级放大电路，其功耗满足调整每一级放大电路的电压增益G
i
，使K级放大电路的功耗最小。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，K级放大电路在给定输入信号幅值和总电压增益G且功耗最小，即时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛晓虎，彭晓煊，李强，钟祎，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：