开关模式GaAs功率放大器在WLAN设计中大放异彩

为保证稳定性，对于环增益大于1的任何频率，闭环相位不允许达到180度。为实现这一目标，可对参考频率LO(用于对RF进行下变频)的相位θ进行设置，以确保其具有安全冗余。一个重要的问题是θ值取决于温度、处理参数及输出功率，因而难以保证其稳定性。

图9：前馈功率放大器架构图。

面向结合了独立正交信号上变频的收发器的反馈技术已被尝试用于普通的功率放大器。这里，反馈环路中的正交下变频将RF重新转换成为两个正交IF分量，准备与最初的两个正交IF信号进行比较。由于复杂度的增加，以及对温度和工艺比较敏感，这种架构并未被广泛采用。

非线性放大器的输出电压波形可以看作是输入信号的放大复制品与一个误差信号的合成。前馈架构可以确定这一误差，并将其从放大的输出波形中去除(图9)。

从图9可以看出，一个等于功率放大器增益的因子削弱了该功率放大器的部分输出信号。被衰减的输出信号与最初的输入信号进行比较，以产生一个误差信号。最后，该误差信号按功率放大器同样的增益进行放大，并从其输出信号中被剔除。在高频下，如5GHz，前馈架构中的两个放大器都具有明显的相移。这种相移必须使用两个实时延迟单元进行补偿。

与反馈架构不同，前馈技术天生很稳定，即使每个部件存在较明显的相移。但是，无源实时延迟单元会产生损耗，所能达到的线性度取决于每个减法器的信号的增益及相位(实时延迟)匹配。

假设增益失配为5%，相位失配为5度，则该互调产品的功率抑制将被限制为20dB。最后，为了不影响总的输出功率，输出减法器必须具有低功耗特性。

预失真架构可提供饱和功率放大器的反向输入/输出(I/O)功能。预失真电路可在应用于功率放大器之前，为大振幅信号提供增强的增益。另外，预失真电路还可提供反方向相位变化，以补偿任何与振幅相关的插入相位。

预失真电路可工作于功率放大器的RF频率，或者在上变频之前工作于IF或基带频率，如图10所示。如果预失真电路在上变频之前采用，则既可以模拟实现，也可以数字实现。

图10：预失真功率放大器架构图。

由于预失真不采用任何闭合反馈环路，因此没有任何稳定性问题。但是，要获得精确的功率放大器反向输入-输出函数，则需大量的系统级及数字和RF IC设计专业技术。

本文小结

与相应的集成CMOS(或Bi-CMOS)器件相比，独立的GaAs功率放大器具有许多显著优点。配套的接收器芯片中的计算引擎推动了开关模式架构等各类功率放大器的应用，尽管先进的调制方案一般还没考虑采用这类放大器。另外，配套的接收器芯片的计算引擎还可将线性化技术应用于功率放大器。

尽管D、E和F这三类开关模式放大器从理论上讲都具有极高的效率，但D类的应用受其漏极(集电极)寄生的局限，E类的应用则受限于其高Q要求及对负载变化敏感。如果F类应用于适当的收发器架构并采用合适的工艺实现，则可提供满意的性能，包括极高的效率。

对于采用先进的调制方案且具有大的峰－均值比的无线设计，功率放大器的线性化对于获得高效率及低功耗十分重要。三种常用的线性化技术(反馈、前馈及预失真)各自都有其独特的工作要求及局限。