基于数字预失真网络实现基于数字预失真网络实现Doherty放大器的设计方案放大器的设计方案
放大器可以在很宽的动态范围内输出功率,并且具有很高的效率和卓越的线性度。Doherty放大器由载波放大器
和峰值放大器组成,两者通过四分之一波长的传输线链接在一起。载波放大器通常针对线性工作进行偏置(例
如A类或AB类放大器),而峰值放大器一般针对非线性工作进行偏置(例如C类放大器)。随着输入功率的增
加,峰值放大器逐渐导通,从而增强载波放大器输出的功率。如果设计正确,放大器的总功率将得到提升,而
且具有更好的线性性能和效率。 随着功放设计师追求高效率和低相邻通道功率比(ACPR),使用数字预失
真(DPD)改善线性度正变得越来越流行。为了演示Doherty放大器的设计,本文将讨论利用AWR公司的Mi
放大器可以在很宽的动态范围内输出功率,并且具有很高的效率和卓越的线性度。Doherty放大器由载波放大器和峰值放
大器组成,两者通过四分之一波长的传输线链接在一起。载波放大器通常针对线性工作进行偏置(例如A类或AB类放大器),
而峰值放大器一般针对非线性工作进行偏置(例如C类放大器)。随着输入功率的增加,峰值放大器逐渐导通,从而增强载波
放大器输出的功率。如果设计正确,放大器的总功率将得到提升,而且具有更好的线性性能和效率。
随着功放设计师追求高效率和低相邻通道功率比(ACPR),使用数字预失真(DPD)改善线性度正变得越来越流行。为
了演示Doherty放大器的设计,本文将讨论利用AWR公司的Microwave Office电路设计软件完成的典型设计。设计的关键是如
何正确地解决晶体管中的各种非线性问题。
这种放大器的设计和构建基础是恩智浦公司的晶体管技术。放大器的工作点和 负载将用标准的拉负载技术确定。电磁
(EM)仿真将用于建模放大器版图的关键部分,其中,低阻抗输出匹配部分带宽非常宽,封闭式模型可能并不准确。需要特
别指出的是,输出部分将用AWR公司的平面电磁仿真器AXIEM进行仿真。虽然用于建模Doherty放大器的主要电路仿真器是谐
波平衡软件,但本文还是会讨论到许多其他的仿真选择(包括电路包络仿真的使用)。
放大器可以为功率很重要的应用提供很高的功率附加效率(PAE),比如蜂窝基站应用。Doherty放大器 早是贝尔电话实
验室的William H.Doherty于1936年发明的。这么多年来设计的细节已经发生了改变——包括其从真空管到作为有源器件的晶
体管的演进——但基本概念一直没变。近年来Doherty放大器变得越来越流行,因为它们能够处理较大的峰均比信号,而这一
点是无线应用中的典型要求。
图1显示了常见的Doherty放大器拓扑结构,其中的关键是两个并联的放大器。上面的放大器偏置在AB类状态下,而下面
的放大器工作在C类。AB类放大器是设计作为线性放大器工作的,因此具有非常低的失真。遗憾的是,它的效率不高,理论
上 效率约为78.5%。
基于数字预失真网络实现Doherty放大器的设计方案
图1:这张简单的框图展示了Doherty放大器的拓扑结构。并联使用AB类和C类放大器可以提高功效。
注意,AB类放大器的效率要高于A类放大器,因为两个晶体管是并联使用的,并且偏置使得每个放大器导通50%的时间。
B类偏置是AB类偏置状态的有限情况。在AB类状态下,设置偏置是使晶体管导通具有稍微重叠的区域。这样可以 限度地减小
交越失真的问题——交越失真是一种晶体管导通所需非零压降导致的性能下降。
类放大器用作电路中的峰值放大器。在C类放大器被偏置的条件下,只有当非零输入功率超过预定义的输入阈值时晶体管
才会导通。因此C类放大器的效率很高,但具有高度非线性特性。Doherty放大器的理念是在低功率时使用AB类放大器,在较
高功率时C类放大器也提供输出功率。有意义的是,在较高功率电平时这可以提高PAE。需要注意的是,电路包含两个在工作
频率下四分一波长的匹配部分。这两个部分是必要的,因为放大器的输入阻抗一直在变化,在所有功率电平范围内保持整个电
路完美匹配非常重要。
本文所描述的Doherty放大器是基于恩智浦公司的晶体管实现的。图2显示了Doherty放大器电路的高层次概念原理图和版
图。从图中可以清楚地看到典型Doherty放大器的各个部分。举例来说,版图显示了AB类(图2上面)和C类(图2下面)放大
器。在预期的工作点馈线相差90度。