随着无线通讯技术的发展,目前移动通讯存在多种并存的协议。于是,满足多协议要求的收发机是当前通讯技术中的研究热点,而多协议收发机硬件中最关键的部分是多模收发机芯片。多模收发机中,功率预放大器作为芯片输出级,又在很大程度上影响着多模收发机芯片的性能。本论文针对用于多模收发机芯片的功率预放大器进行了如下研究：首先,分析了主流发射机的架构,对各种架构进行了比较,并且分析了功率预放大器的关键指标对于发射机性能的影响。其次,使用简化模型分析了功率预放大器工作状态的效率与线性度之间的折衷关系,指出最适合与功率预放大器的工作状态是AB类状态。第三,分析了影响工作在AB类状态的功率预放大器的主要非线性要素,并指出对于工作在中等信号强度下的功率预放大器,对非线性影响最大的因素是跨导的非线性。基于此,论文进一步对功率预放大器非线性进行建模,提出了一种同时适合于大信号和小信号的统一非线性解析模型,该模型能够较好地预测功率预放大器的非线性,并且从物理上直观地解释了大信号非线性和小信号非线性互相作用的过程。第四,在统一非线性模型的指导下,提出了一种适用于大信号的微分叠加电路优化方法,区分了适用于小信号的微分叠加电路优化方法及适用于大信号的微分叠加电路优化方法并且进行了比较。三阶交调仿真结果表明,使用大信号微分叠加优化方法得到的三阶叠加相比使用小信号微分叠加优化方法得到的结果要好4dB,而比不使用微分叠加时要好20dB。最后,使用SMIC0.13μm工艺下实现了一种兼容多协议(GSM, DCS, WCDMA)的功率预放大器。测试结果表明,该功率预放大器饱和功率为12.2dBm,并能提供44dB的增益范围和2dB的增益步长。该功率预放大器使用了前述的微分叠加技术,测试结果中该技术能将发射机整体的输出三阶交调点改善3dB以上,而在输出中等功率(3dBm)时,三阶交调量改善了4dB左右。