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    基于LC巴倫的偽差分功率放大器設計
    2020年電子技術應用第8期
    彭 林,李嘉進,梁釗銘,章國豪
    廣東工業大學 信息工程學院,廣東 廣州510006
    摘要: 為了在局部熱點區域實現系統容量的成倍提升,需要能支持高頻、大帶寬工作的無線網絡基礎設施進行超密集組網,采用GaAs HBT工藝設計出適用于5G微基站的4.8~5.0 GHz三級高增益、大輸出功率放大器。利用偽差分結構來抑制接地寄生電感的影響,通過片外低損耗LC巴倫完成單端與差分對之間的轉換,結合有源自適應偏置網絡與RC負反饋電路,并應用寬帶匹配與預失真補償的方法,基于ADS仿真驗證了在中心頻點4.9 GHz處可實現35.8 dB的功率增益與33.5%的峰值功率附加效率,且工作頻帶內能輸出不低于35 dBm的飽和功率,可滿足典型應用場景對網絡信號無縫覆蓋的要求。
    中圖分類號: TN722
    文獻標識碼: A
    DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200302
    中文引用格式: 彭林,李嘉進,梁釗銘,等. 基于LC巴倫的偽差分功率放大器設計[J].電子技術應用,2020,46(8):9-12.
    英文引用格式: Peng Lin,Li Jiajin,Liang Zhaoming,et al. Design of pseudo-differential power amplifier based on LC balun[J]. Application of Electronic Technique,2020,46(8):9-12.
    Design of pseudo-differential power amplifier based on LC balun
    Peng Lin,Li Jiajin,Liang Zhaoming,Zhang Guohao
    School of Information Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China
    Abstract: In order to greatly improve the system capacity in local hotspots, the wireless communication infrastructure that can support high-frequency and wideband operation is required for ultra-dense networking. A 4.8~5.0 GHz three-stage high-gain and large-output power amplifier is designed using GaAs heterojunction bipolar transistor(HBT) process to be targeted for 5G microcells. The pseudo-differential structure is adopted to suppress the influence of ground parasitic inductance, while the conversion between single-ended and differential pairs is completed by off-chip low-loss LC balun. In conjunction with active adaptive bias network and RC negative feedback circuit, meanwhile applying the methods of wideband matching and predistortion compensation, ADS(Advanced Design System) simulations verified that the proposed power amplifier can achieve 35.8 dB power gain with 33.5% peak power-added efficiency at a center frequency of 4.9 GHz, and deliver not less than 35 dBm saturated output power in the operating band, which can meet the requirements of seamless coverage of network signals in typical application scenarios.
    Key words : balun;pseudo-differential; radio frequency power amplifier(RFPA);adaptive bias;5G microcell

    0 引言

        作為新一代移動通信技術,兼具高數據率、低時延與高可靠性的商用5G網絡將逐步滲透到社會各個領域,以用戶為中心構建全方位的信息生態系統,可滿足未來海量設備接入通信的需求。毫米波技術和Sub-6 GHz同屬于3GPP(3rd Generation Partnership Project)規定的5G標準,但由于毫米波的波長較短,所致其信號傳輸衰耗大,易受環境的影響;Sub-6 GHz則是LTE(Long Term Evolution)頻段向上延續而來的帶寬資源,支持廣域覆蓋、高移動性服務等業務場景,一定程度上能夠利用現有的基站設施從而簡化5G部署[1]。按照規劃,國內蜂窩網絡運營商將在3.3~3.6 GHz以及4.8~5.0 GHz上進行5G的初期組網。

        功率放大器作為無線通信系統中射頻前端發射通路的核心組件,是將已調制的頻帶信號放大到所需要的功率值,并饋送到天線上輻射出去。在微基站應用中,由于硅基CMOS工藝存在耐壓能力不足、襯底損耗和Knee電壓較大等物理缺陷而被排除;寬禁帶GaN器件雖然能在更高的工作電壓下提供更優的功率密度,但目前受限于生產成本、良率等因素暫不是最佳選擇,所以未來一段時間內仍然以GaAs功放為主,因其具備經市場驗證的可靠性、較高性價比和完整產業鏈的優勢。為了應對城區高用戶密度、大數據流量和眾多接入點,同時要解決更高工作頻率下所帶來愈發嚴重的寄生效應,密集架設的微基站群如何在保持一定帶寬的前提下,依然實現高增益、大功率輸出的指標成為一項難題。本文基于2-μm InGaP/GaAs HBT工藝設計了一款4.9 GHz三級偽差分功率放大器,能有效減輕因芯片內部、封裝與測試板接地時附帶的寄生電感對系統性能產生的不利影響,并通過片外LC巴倫實現單端與差分對之間的轉換,同時給出了整體電路的設計方法、理論分析和仿真結果。




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    作者信息:

    彭  林,李嘉進,梁釗銘,章國豪

    (廣東工業大學 信息工程學院,廣東 廣州510006)

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