高效率CMOS包络跟踪技术的研究与设计

摘要

随着通信技术的进一步发展，无线通讯设备将会越来越复杂，高效率的使用能源不仅能够延长电池的使用寿命，而且也会大大减少电子仪器的散热，提高仪器的可靠性。目前，包络跟踪技术由于其电路结构简单，易于集成以及提高系统效率效果明显等特点成为国内外研究的热点，本文对包络跟踪技术进行了详细的研究，并给出了数种提高效率的新结构，这些结构对于提高电路系统的效率具有非常重要的意义。
　　首先，几种常见的包络放大器结构被一一简介，并分别对比了它们的优点和缺点，以便后文选择结构。紧接着是包络放大器的功耗分析，在这一部分，我们对包络放大器的每一个部分分别进行了分析，为后面提高效率的方法提供思路。
　　本文首先采用了经典的包络放大器结构来设计一款基于0.18μm工艺的芯片，其中线性级由一个两级放大器构成，主要用来提供高频电流以及消除来自于开关的纹波电流；开关级由一个降压型DC-DC变换器和一些控制电路以及一个片外的电感构成，提供低频电流（占总电流比重很大），以此来提高效率。最终版图面积0.8mm×0.5mm。在电源电压3.3V，10MHz LTE信号，负载8欧姆情况下，最终输出功率为27dBm，整体效率为74％。
　　然而，包络放大器的效率还有较大的提高空间，接着本文重点关注提高效率的方法并提出了三种提高效率的方法。在第一种方法中，利用一个轨到轨放大器来放大差异，使控制电路变得更加“准时”，这样开关打开和关断变得更及时，效率也因此提高了2个百分点（76%），版图面积却没有因此增加。在第二种方法中，我们发现当线性级的输出级放大器的NMOS管的栅压大于一个阈值电压时，线性级开始吸收纹波电流，我们将这些纹波电流用一个电容存储起来，最终将效率提高了2.3个百分点（76.3%）。在第三种方法中，提出了一种更激进的方法，当功率放大器输出功率低于一定值时，线性级和开关级停止工作，由一个直流电流提供电流，当输出功率较大时，所有电路模块都参与工作。这种方法有可能极大地提高整个系统的效率，最终初步仿真效率超过了87%。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 包络跟踪技术国内外发展现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 功率放大器效率提高技术及DC-DC变换器的概述

2.1 功率放大器效率提高技术

2.2 DC-DC变换器的基本类型

2.3 DC-DC变换器的控制

2.4 小结

第三章 包络放大器基本结构和功耗分析

3.1 包络放大器的基本结构

3.2 包络放大器的功耗分析

3.3 电路效率优化理论分析

3.4 本章小结

第四章 混合式包络放大器的设计

4.1 设计指标

4.2 总体结构

4.3 电路具体模块设计

4.4 版图设计

4.5后仿和结果对比

4.6 小结

第五章 改进后的混合式包络跟踪放大器

5.1常见的改进方法

5.2改进一

5.3改进二

5.4改进三

5.6小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果