本文主要是關(guān)于射頻驅(qū)動(dòng)放大器的相關(guān)介紹，并著重對(duì)射頻驅(qū)動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析敘述。

RF驅(qū)動(dòng)放大器是

射頻驅(qū)動(dòng)級(jí)放大器是放在末級(jí)功放前面，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，使其達(dá)到末級(jí)功放要求的輸入功率的功率放大器。

在發(fā)射機(jī)的前級(jí)電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號(hào)功率很小，需要經(jīng)過一系列的放大一緩沖級(jí)、中間放大級(jí)（驅(qū)動(dòng)級(jí)放大器）、末級(jí)功率放大級(jí)，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。

射頻放大器

射頻功率放大器（RF PA）是各種無線發(fā)射機(jī)的重要組成部分。在發(fā)射機(jī)的前級(jí)電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號(hào)功率很小，需要經(jīng)過一系列的放大一緩沖級(jí)、中間放大級(jí)、末級(jí)功率放大級(jí)，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器。

分類及用途

射頻功率放大器的工作頻率很高，但相對(duì)頻帶較窄，射頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。射頻功率放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，分為甲（A）、乙（B）、丙（C）三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的導(dǎo)通角為360°，適用于小信號(hào)低功率放大，乙類放大器電流的導(dǎo)通角等于180°，丙類放大器電流的導(dǎo)通角則小于180°。乙類和丙類都適用于大功率工作狀態(tài)，丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高的。射頻功率放大器大多工作于丙類，但丙類放大器的電流波形失真太大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然接近于正弦波形，失真很小。

技術(shù)參數(shù)

放大器的主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）頻率范圍：放大器的工作頻率范圍是選擇器件和電

路拓?fù)湓O(shè)計(jì)的前提。 ［1］

（2）增益：是放大器的基本指標(biāo)。按照增益可以確定放

大器的級(jí)數(shù)和器件類型。G（db）=10log（Pout/Pin）=S21（dB）

（3）增益平坦度和回波損耗

VSWR《2.0orS11，S22《-10dB ［1］

（4） 噪聲系數(shù)：放大器的噪聲系數(shù)是輸入信號(hào)的信噪比 與輸出信號(hào)的信噪比的比值，表示信號(hào)經(jīng)過放大器后信號(hào)質(zhì)量的變壞程度。NF（dB）=10log［（Si/Ni）/（So/No）］

射頻放大器的功率參數(shù)

現(xiàn)代的無線通信中，射頻設(shè)備的使用相當(dāng)普及，而射頻放大器在設(shè)備中起粉至關(guān)重要的作用，放大器中有關(guān)功率參數(shù)的測(cè)t也引起相當(dāng)?shù)闹匾?，而在?shí)際的研發(fā)生產(chǎn)中對(duì)功率參數(shù)的理解和應(yīng)用存在一定的誤解，下面就一個(gè)放大器的特性來說明相關(guān)功率參數(shù)的含義和應(yīng)用 ［2］ 。

在描述一個(gè)放大器時(shí)，基本的參數(shù)有增益和最大輸出電平（功率）。為對(duì)增益有較為準(zhǔn)確的描述，引人線性特性的參數(shù)來衡t，通常用ldB壓縮點(diǎn)對(duì)應(yīng)輸人功率和線性垠小輸人電平來表示，兩者之差就是放大器的輸人動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)于ldB壓縮點(diǎn)，在GSM直放站標(biāo)準(zhǔn)YD汀952一1998中是這樣描述的：ldB壓縮點(diǎn)輸出功率是指放大器在增益下降ldB時(shí)，對(duì)應(yīng)此時(shí)的輸人功率，用圖示方法表示是指當(dāng)時(shí)的實(shí)際輸出功率比理想的線形放大器對(duì)應(yīng)的輸出功率小ldB ［2］ 。

為進(jìn)一步描述線性度。還有一個(gè)指標(biāo)就是增益步長(zhǎng)誤差，表示的是當(dāng)輸人變化單位信號(hào)強(qiáng)度時(shí)輸出是否也變化相同的大小 。

一個(gè)實(shí)際的放大器，由于物理特性和噪聲的影響，當(dāng)輸人電平太小時(shí)不能保持有線性狀態(tài)。因此引人最小輸出電平的概念。通常認(rèn)為輸出比噪聲電平高3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的輸人電平為最小輸人電平。放大器的輸出噪聲功率為：P=kTBGF 。

射頻驅(qū)動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)

目前，已經(jīng)可以在1.2V 65nm CMOS技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)8Vpp和脈沖寬度調(diào)制射頻高壓/大功率驅(qū)動(dòng)器。在0.9到3.6GHz的工作頻率范圍內(nèi)，該芯片在9V的工作電壓下可向50Ω 負(fù)載提供8.04Vpp的最大輸出擺幅。這使得CMOS驅(qū)動(dòng)器能夠直接連接并驅(qū)動(dòng)LDMOS和GaN等功率晶體管。該驅(qū)動(dòng)器的最大導(dǎo)通電阻為4.6Ω。2.4GHz時(shí)所測(cè)量的占空比控制范圍為30.7%到71.5%。采用通過使用新型薄氧化層漏極延伸MOS器件，該驅(qū)動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)可靠的高壓操作，而這一新型器件通過CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)無需額外的費(fèi)用。

現(xiàn)代無線手持通信無線電（包括射頻（RF）功率放大器（PA） 在內(nèi)）均是在深亞微米CMOS中得以實(shí)現(xiàn)。不過，在無線基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中，由于需要較大的輸出功率等級(jí)，必須通過硅LDMOS或混合技術(shù)（如GaA和更先進(jìn) 的GaN）才能實(shí)現(xiàn)RF PA.對(duì)下一代可重新配置的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)而言，開關(guān)模式PA（SMPA）似乎能為多頻帶多模式發(fā)射器提供所需的靈活性和高性能。但是，為了將基站SMPA 中使用的高功率晶體管與發(fā)射器的所有數(shù)字CMOS模塊相連，需要能夠生成高壓（HV）擺幅的寬帶RF CMOS驅(qū)動(dòng)器。這樣不僅能實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的高功率晶體管性能，而且還能將數(shù)字信號(hào)處理直接用于控制所需的SMPA輸入脈沖波形，從而提高系統(tǒng)整體性能。

設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

LDMOS或GaN SMPA的輸入電容通常為幾個(gè)皮法，必須由振幅高于5Vpp的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)。因此，SMPA CMOS驅(qū)動(dòng)器必須同時(shí)提供高壓和瓦特級(jí)的射頻功率。遺憾的是，深亞微米CMOS給高壓和大功率放大器及驅(qū)動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)提出了諸多挑戰(zhàn)，尤其是極低的最大工 作電壓（即可靠性問題引起的低擊穿電壓）和損耗較大的無源器件（例如用于阻抗變換）。

現(xiàn)有解決方案

用于實(shí)現(xiàn)高壓電路的方法并不多。可以采用能夠?qū)崿F(xiàn)高壓容限晶體管的技術(shù)解決方案（如多柵氧化層）， 但代價(jià)是生產(chǎn)流程較昂貴，必須向基線CMOS工藝添加額外的掩模和處理步驟，因此這種方案并不理想。此外，為可靠地增加高壓耐受力，可以采用僅使用標(biāo)準(zhǔn)基 線晶體管（使用薄/厚氧化層器件）的電路方案。在第二種方法中，器件堆疊或串聯(lián)陰極是最常見的例子。但是，射頻復(fù)雜性和性能具有很大的局限性，尤其是當(dāng)串 聯(lián)陰極（或堆疊）器件的數(shù)量增加至2個(gè)或3個(gè)以上時(shí)。另一種實(shí)現(xiàn)高壓電路的途徑就是如本文所述的在基線CMOS技術(shù)中使用漏極延伸場(chǎng)效應(yīng)管（EDMOS）來實(shí)現(xiàn)。

新的解決方案

漏極延伸器件基于智能布線技術(shù)，這得益于在ACTIVE（硅）、STI（氧化層）及GATE （多晶硅）區(qū)域中可實(shí)現(xiàn)十分精細(xì)的尺寸，并能在沒有附加費(fèi)用的條件下，利用基線深亞微米CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)PMOS和NMOS兩種高壓容限晶體管。盡管與采 用該工藝的標(biāo)準(zhǔn)晶體管相比，這些EDMOS設(shè)備的RF性能實(shí)際上較低，但由于消除了與其他HV等效電路相關(guān)的重要損耗機(jī)制（如串聯(lián)陰極），它們?nèi)阅茉谡麄€(gè) 高壓電路中實(shí)現(xiàn)較高整體性能。

因此，本文所述的高壓CMOS驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用EDMOS器件來避免器件堆疊。RF CMOS驅(qū)動(dòng)器采用薄氧化層EDMOS器件通過65nm低待機(jī)功耗基線CMOS工藝制造，且無需額外的掩模步驟或工序。對(duì)PMOS和NMOS而言，這些器 件上測(cè)量到的fT分別超過30GHz和50GHz，它們的擊穿電壓限度為12V.高速CMOS驅(qū)動(dòng)器前所未有地實(shí)現(xiàn)了高達(dá)3.6GHz的8Vpp輸出擺 幅，因而能為像GaN這樣的基于寬帶隙的SMPA提供驅(qū)動(dòng)。

圖1為本文所述驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。輸出級(jí)包括一個(gè)基于EDMOS的逆變器。EDMOS器件可由低 壓高速標(biāo)準(zhǔn)晶體管直接驅(qū)動(dòng)，從而簡(jiǎn)化了輸出級(jí)與其它數(shù)字和模擬CMOS電路在單顆芯片上的集成。每個(gè)EDMOS晶體管均由通過3個(gè)CMOS逆變器級(jí)實(shí)現(xiàn)的 錐形緩沖器（圖1中的緩沖器A和B）提供驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)緩沖器具有不同的直流等級(jí)，以確保每個(gè)CMOS逆變器都能在1.2V的電壓下（受技術(shù)所限，即VDD1-VSS1=VDD0-VSS0=1.2V）穩(wěn)定運(yùn)行。為了使用不同的電源電壓并允許相同的交流操作，兩個(gè)緩沖器的構(gòu)造完全相同，并內(nèi)置于單獨(dú)的Deep N-Well（DNW）層中。驅(qū)動(dòng)器的輸出擺幅由VDD1-VSS0決定，可隨意選擇不超過EDMOS器件最大擊穿電壓的任意值，而內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行保持 不變。直流電平位移電路可分離每個(gè)緩沖器的輸入信號(hào)。

CMOS驅(qū)動(dòng)器的另一個(gè)功能就是對(duì)輸出方波的脈沖寬度控制，該功能由脈寬調(diào)制（PWM）通過可變柵 偏壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)。PWM控制有助于實(shí)現(xiàn)微調(diào)和調(diào)諧功能，從而提升高級(jí)SMPA器件的性能。緩沖器A和B的第一個(gè)逆變器（M3）的偏置電平可參照該逆變器本身 的開關(guān)閾值對(duì)RF正弦輸入信號(hào)進(jìn)行上移/下移。偏置電壓的改變將使逆變器M3的輸出脈沖寬度發(fā)生變化。然后，PWM信號(hào)將通過另外兩個(gè)逆變器M2和M1進(jìn) 行傳輸，并在RF驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)（EDMOS）合并。

結(jié)語

關(guān)于射頻驅(qū)動(dòng)放大器的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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