基于变压器匹配的5G通信手机功率放大器设计

基于AWSC 2 μm的HBT工艺,设计了一种用于5G通信N77频段(3.3～4.2 GHz)的功率放大器。采用变压器匹配的方式,显著提高了功率放大器的增益、输出功率和功率附加效率,解决了放大电路级间匹配较难的问题。仿真和测试结果表明,在N77工作频段内,该功率放大器的增益为36～38 dBm,输出功率1 dB压缩点为37 dBm,输出功率1 dB压缩点处的功率附加效率为49.3 %,输出功率28.5 dBm处的功率附加效率为16.5 %、相邻频道泄漏比为-38.2 dBc。     

一种24 GHz CMOS功率放大器设计

基于130 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种高增益和高输出功率的24 GHz功率放大器。通过片上变压器耦合实现阻抗匹配和功率合成,有效改善放大器的匹配特性和提高输出功率。放大器电路仿真结果表明,在1.5 V供电电压下,功率增益为27.2 dB,输入输出端回波损耗均大于10 dB,输出功率1 dB压缩点13.2 dBm,饱和输出功率17.2 dBm,峰值功率附加效率13.5%。     

一种输出匹配可调的、高线性度宽带功率放大器

采用自适应偏置技术和有源电感实现了一款输出匹配可调的、高线性度宽带功率放大器(PA)。自适应偏置技术抑制了功放管直流工作点的漂移,提高了PA的线性度。有源电感参与输出匹配,实现了输出匹配可调谐,该策略可调整因工艺偏差、封装寄生造成的输出匹配退化。利用软件ADS对电路进行验证,结果表明,在4 GHz频率下,输入1dB压缩点(Pin 1dB)为-7dBm,输出1dB压缩点(Pout 1dB)为11dBm,功率附加效率(PAE)为8.7%。在3.1GHz~4.8 GHz频段内,增益为(20.3±1.1)d B,输入、输出的回波损耗均小于-10dB。     

一种2.4 GHz全集成SiGe BiCMOS功率放大器

针对2.4 GHz 802.11 b/g无线局域网(WLAN)的应用,该文设计了一种单片全集成的射频功率放大器(PA)。由于在自适应偏置电路中采用异质结晶体管(HBT)和电容构成的简单结构提高PA的线性度,因此不增加PA的直流功耗、插损和芯片面积。在基极偏置的DC通路中采用电阻负反馈实现温度稳定功能,有效避免热崩溃的同时不引起射频损耗。采用了GRACE 0.18mSiGe BiCMOS 工艺流片,芯片面积为1.56 mm2,实现了包括所有偏置电路和匹配电路的片上全集成。测试结果表明,在2.4-2.5 GHz工作频段,PA的小信号S21增益达23 dB,输入回波损耗S11小于-15 dB。PA的 1 dB 输出压缩点的线性输出功率为19.6 dBm,功率附加效率为20%,功率增益为22 dB。     

一种0.13 μm CMOS K波段宽带功率放大器

基于0.13 μm CMOS工艺,采用多频点叠加的方式,设计了一种K波段宽带功率放大器。输入级采用晶体管源极感性退化方式,实现了宽带输入匹配。驱动级采用自偏置共源共栅放大器,为电路提供了较高的增益。输出级采用共源极放大器,保证电路具有较高的输出功率。后仿真结果表明,在26 GHz处,该功率放大器的增益为22 dB,－3 dB带宽覆盖范围为22.5~30.5 GHz,输出功率1 dB压缩点为8.51 dBm,饱和输出功率为11.6 dBm,峰值附加功率效率为18.7%。     

Monolithic Power-Combining Techniques for Watt-Level Linear Power Amplifiers in 0.18 CMOS*

设计了三个输出功率为瓦级的线性CMOS功率放大器(PA),该PA主要应用于高速移动通讯。为了实现瓦级输出功率,两个工作频率为2.4 GHz 的PA采用片上并联合成变压器将多个功放级的输出电流信号相加,另一个工作频率为1.95 GHz的PA采用片上串联合成器将多个功放级的输出电压信号相加。同时在PA的设计过程中采用了如下线性度提高技术：有源偏置、二极管线性电路、多栅晶体管并联和谐波短路等。以上三款PA均采用TSMC 0.18 射频CMOS工艺进行设计并流片。根据测量结果,两个2.4 GHz PA的功率增益分别为33.2 dB、34.3 dB,最高输出功率分别为30.7 dBm、29.4 dBm,最高功率附加效率(PAE)分别为29%、31.3%。根据仿真结果,1.95GHz PA的功率增益、最高输出功率和最高PAE分别为：37.5dB、34.3 dBm和36.3%。     

一种基于 ６５ ｎｍ ＣＭＯＳ 工艺的 ７７ ＧＨｚ 宽带功率放大器

本文采用65 nm CMOS工艺设计了一款基于四路功率合成的77 GHz （E波段）功率放大器。采用电容中和技术抵消密勒电容的负面效应;利用功率合成技术解决MOS管低击穿电压引起的低输出电压摆幅的问题,将多路输出功率高效合成以实现高功率输出。采用共轭匹配和多频点叠加的带宽拓展技术,有效实现电路阻抗匹配和带宽拓展。后仿真结果表明,在79 GHz处,该功率放大器的最大增益为20.5 dB,-3dB带宽为64～86 GHz,输出功率1dB压缩点为12.7 dBm,饱和输出功率16.6 dBm,峰值功率附加效率为16.5%。该功率放大器版图面积为0.29 mm2;在1.2 V供电电压下,功耗为211 mW。     

基于GaAs HBT的J类射频功率放大器

基于2 μm GaAs HBT工艺,设计了一种工作于1.8~2.0 GHz的射频功率放大器。该功率放大器采用两级放大结构,功率级选用具有良好线性度和效率的J类功率放大器。输出匹配电路采用电容电感组成的两级网络来实现低Q值匹配,拓宽了宽带性能。在驱动级输入端偏置处添加模拟预失真,进一步改善了幅相特性。电源电压为3.3 V,偏置电压为3.4 V。采用ADS软件对该功率放大器进行仿真。结果表明,在1.8~2.0 GHz频率范围内,饱和功率为30.2 dBm,1 dB压缩点输出功率为29.5 dBm,小信号功率增益为32 dB,功率附加效率高于46%。     

应用于WiFi6的新型高线性度功率放大器设计

针对WiFi 6的设备需求,设计了一款工作在5.15 GHz～5.85 GHz的高线性度砷化镓异质结双极型晶体管射频功率放大器。为了保证大信号和高温下功率管静态工作点的稳定性,采用了一种新型有源自适应偏置电路。对射频功率检测电路进行了设计和改进,有效降低了射频系统的功耗。针对各次谐波分量产生的影响,对输出匹配网络进行了优化。仿真结果表明：该射频功率放大器芯片小信号增益达到了32.6 dB;在中心频率5.5 GHz时1 dB压缩点功率为30.4 dBm,功率附加效率超过27.9%;输出功率为26 dBm时,三阶交调失真低于-40 dBc。实测数据表明：小信号增益大于31.4 dB;5.5 GHz时1 dB压缩点功率为29.06 dBm;输出功率为26 dBm时,三阶交调失真低于-30 dBc。当输出功率为20 dBm时,二次三次谐波抑制到-30 dBc和-45 dBc。     

基于40 nm CMOS工艺的高效率功率放大器设计

针对硅基毫米波功率放大器存在的饱和输出功率较低、增益不足和效率不高的问题,基于TSMC 40nm CMOS工艺,设计了一款工作在28GHz的高效率和高增益连续F类功率放大器。提出的功率放大器由驱动级和功率级组成。针对功率级设计了一款基于变压器的谐波控制网络来实现功率合成和谐波控制,有效地提高了功率放大器的饱和输出功率和功率附加效率。采用PMOS管电容抵消功率级的栅源电容,进一步提高线性度和增益。电路后仿真结果表明,设计的功率放大器在饱和输出功率为20.5dBm处的峰值功率附加效率54%,1dB压缩点为19dBm,功率增益为27dB,在24GHz~32GHz频率处的功率附加效率大于40%。     

无功功率及其相关概念的深度理解

有功功率、无功功率、视在功率和功率因数是电工学中非常重要的基本概念,贯穿电气工程专业课程体系的始终。一些本科教材体系中存在着对这些概念——特别是无功功率概念的模糊引导,导致歧义产生。典型的误解是把电源与负载间存在功率交换视为无功功率产生的必要条件。这种歧义影响了电气工程专业学生及其从业人员对这些概念的理解和应用。本文通过一些典型实例,深入阐释这些概念的内在含义,以期消除歧义,提高教学效果。     

电力市场环境下系统运行安全性的优化问题

保障合理的系统运行安全性有利于总体电价的降低。对于不同的市场体制,提出了基于社会效益最大化和在不影响电网公司用户经济利益前提下的电网公司效益最大化两种安全性优化方法的数学模型,并给出了一种简化实用算法。在新的辅助服务优化模型中,网络结构、运行方式、辅助服务价格、停电损失、切负荷赔偿价格及所考虑的安全性校验措施等因素均将对辅助服务的购买产生影响,从而影响系统运行的安全性。经仿真验证,该方法是可行的。     

有关无功负荷最优分配的一个常用算例的修正

本文讨论了"电力系统分析"课程中有关无功功率最优分配的一个常用算例,指出了目前解析中的问题,并作了修正.由于系统中没有平衡节点来补充线路中的有功损失,确定各发电机的有功出力时需要考虑有功网损的影响.分配无功负荷时应将无功平衡方程、有功平衡方程和等微增率准则建立的方程联立求解.计算结果显示,考虑了线路有功网损之后,能够同时满足有功功率平衡和无功功率平衡,无功负荷的最优分配与有功负荷的分配有关.     

SoC设计中的低功耗策略

低功耗设计已经成为片上系统(SoC)设计的主题.当今的设计已经从过去的性能、面积二维目标转变为性能、面积和功耗的三维目标.本文深入探讨了片上系统设计中的低功耗设计策略,在晶体管和逻辑门级、寄存器传输级和系统结构级各设计抽象层次上阐述了低功耗设计所面临的问题,并给出了各级的低功耗优化策略.     

卫星移动通信终端的低功耗设计

低功耗设计是电子产品设计的重要环节,特别是对工作在野外环境的卫星移动通信手持终端类产品而言,低功耗设计是延长终端待机时间和使用寿命的重要途径。在对通信产品整机及各类组成单元功耗产生原理分析的基础上,分别从整机、单元电路、主要元器件及FPGA代码设计等几个方面入手,讨论了采用通用元器件设计的卫星通信终端的低功耗设计方法,并给出了改进设计后的低功耗设计效果。     

选择性有源滤波器治理12脉波整流器的谐波

文章介绍12脉波整流器应用选择性有源滤波器抑制谐波电流和补偿无功,采用基于瞬时功率理论的谐波和无功电流检测方法。对有源滤波器和负荷系统进行仿真,并对仿真结果进行详细分析。仿真结果表明：基于瞬时功率理论的谐波和无功电流检测方法可以准确、实时地检测出三相电流中的任意次谐波及无功电流,有源滤波器抑制11次和13次谐波电流,并补偿无功。     

一种新的关于风光互补发电IGBT逆变系统的设计

节能和环保已成为当今世界的两大主题。利用风能、太阳能发电是对两种最为理想、无污染的绿色再生资源的利用,目前已成为开发研究的一项重大课题。而如何解决好风能、太阳能、柴油机互补发电系统中的匹配问题是此课题的关键。文章介绍了在DSP微处理器的控制下,一种新的方法实现风机充电控制、太阳能充电控制、柴油机发电控制与逆变系统的结合,实现了系统的优化控制。     

基于交流电路中功率因数的分析

在交流电路中,把电源所供给的有功功率与电源的视在功率之比称为功率因数即cosφ(电压电流相位差的余弦)。交流电路中的功率因数并非在任何情况下都是cosφ;以整流电路为例,列举几个电路实例,详细地推导出计算有功功率,视在功率及cosφ的正确表达式,并说明其物理意义。     

采用pq瞬时功率理论的三相电压源变换器的研究

瞬时有功和无功功率理论,即Pq瞬时功率理论,得到了广泛的研究和实际应用。本文基于pq瞬时功率理论,分析了三相有源电力滤波器三种主要控制策略的工作原理,包括瞬时功率恒定策略、电流波形正弦策略、广义Fryze电流控制策略,另外简要分析了三相有源电力滤波器的另一种同步功率传输控制策略,并在三相供电电压平衡和对称的条件下,将pq瞬时功率理论应用到三相电压源PWM整流器中,采用MATLAB/SIMULINK进行较为深入的仿真分析,获得了非常满意的结果。结果表明,相比平均功率理论,采用pq瞬时功率理论,三相电压源变换器具有响应快、控制简单等优点。     

相量变换在正弦电路功率分析中的应用

本文介绍了相量变换原理及其在正弦电路功率分析中的应用.基于复功率等于电压相量与电流相量共轭积的定义,得出了复功率与有功功率和无功功率的关系;建立了有功功率、无功功率、复功率及复交流功率与瞬时功率的关系,进而仅基于瞬时功率的守恒性便证明了上述功率也满足守恒性.由于这些功率守恒性的证明不需要特勒根定理为基础,因而有助于学生在学习特勒根定理之前理解交流电路功率的守恒性.