【摘 要】
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第四代、第五代移动通信系统采用高频谱效率的信号调制方式,允许更高的传输速率和更大的信号带宽。但高峰值平均功率比的信号使功率放大器大部分时间工作在低效的深度功率回退区。包络跟踪方案作为面向4G/5G通信,能有效提高射频功率放大器能量效率的技术之一,其中宽带高效率的包络跟踪CMOS电源调制器仍然是包络跟踪系统中最具有挑战的模块之一。本论文主要针对4G/5G信号高效宽带的包络跟踪CMOS电源调制器进行了
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第四代、第五代移动通信系统采用高频谱效率的信号调制方式,允许更高的传输速率和更大的信号带宽。但高峰值平均功率比的信号使功率放大器大部分时间工作在低效的深度功率回退区。包络跟踪方案作为面向4G/5G通信,能有效提高射频功率放大器能量效率的技术之一,其中宽带高效率的包络跟踪CMOS电源调制器仍然是包络跟踪系统中最具有挑战的模块之一。本论文主要针对4G/5G信号高效宽带的包络跟踪CMOS电源调制器进行了研究,总结了现有电源调制器拓扑结构,分析了电源调制器的基本工作原理和设计考虑,并设计了两款宽带高效电源调制器。设计一是三电平滞回控制混合型包络跟踪电源调制器,主要由200MHz轨到轨class-AB线性放大器和滞回控制三电平开关变换器构成;电容电流积分检测电路联结了二者,在两个放大器之间平缓地分配了输出功率,因此慢通路开关变换器只输出直流低频功率,而快通路线性放大器对高频功率进行响应。三电平开关变换器的使用减小了开关频率和输出纹波,实现缓慢跟随,提高了开关级效率的同时减缓了线性放大器的带宽需求。此电源调制器对4G通信LTE-20MHz信号实现了精确跟随,最大输出功率为0.9W,峰值效率为92%。设计二是面向5G宽带应用的交流耦合电源调制器,支持100MHz带宽的上行信号。该设计从系统结构上通过交流耦合电容分离了线性放大器和开关放大器输出功率,结合线性级电流检测和耦合电容电压检测,同步控制了线性放大器电流和耦合电容上的直流电压偏移,其中该直流电压偏移带来了线性放大器电源电压的降低,大大减小了线性级直流功耗。另外,本论文提出了利用包络信号斜率预测线性放大器转换过程的压摆率增强电路,加强了电源调制器对宽带包络信号的跟踪能力。仿真结果给出该电源调制器对NR-100MHz信号,实现了最大1.09W的输出功率,93.7%的峰值效率,1.4V的最大电压输出范围。
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