射频功率放大器遇到的典型问题的介绍
众所周知，现代无线标准中的平均功率具有广泛的动态范围。 此外，特定调制信号的包络摆幅与瞬时功率范围相关联，功率放大器必须能够根据严格的频谱和EVM要求以及天线失配条件有效地工作。 本文简要总结了PA设计目前所面临的诸多挑战以及克服效率/线性权衡所采用传统PA拓扑架构。
基站专用的效率提升的PA架构
- Outphasing功率放大器
基于超相位（反相）功率放大器的结构(也称为LINC 体系结构)有时用于实现用于基站中的高效率PA。 其基本原理是将幅度信号和相位调制信号S(T)转换为两个只相位调制信号S+ (t)和S– (t)，数学方程如下：
式中：
上面的方程中Amax是最大电压摆幅：
即幅度信息转换为相位信息 这种变换的几何图如下图1所示。 作为超相位（反相位）信号S+ (t)和S– (t)不携带任何幅度信息，通过开关类拓扑(D类、E类或F类)，使得高效率放大RF信号很容易成为可能。 事实上，这些PA拓扑是最大限度地提高功率附加效率(PAE)或漏极/集电极效率（η）的最合适的PA候选架构，重要的效率数据定义如下：
上式中POUT和PIN 分别表示的是RF信号的输入输出功率，而PDC表示的是消耗的直流功率；
图1 信号的反相（outphasing）分离说明图
在输出级，S+ (t)和S– (t)的加性组合消除了正交分量E(T)，并还原了原始的幅度调制信号。 总体架构如图下图2所示
图2 Outphasing放大器架构
在功率放大器之前，研究人员为信号分离元件提出了几种片上拓扑架构。 它们的设计需要特别小心，因为微小的相位不平衡会导致严重的信号失真。 输出合路器是也是整个outphasing体系结构中的一个关键单元。 传统的何璐拓扑是Chireix合路器(可以参见Chireix于1935发表的文献)。 它具有低损耗和高效率的特点，但是会增加失真。 这是由于从一个PA到另一个PA这件的低隔离导致在合路器端口上会出现时变阻抗和额外的相移。 因此，有时需要增加一些相位预失真的处理机制。 另一种具有功率循环回收功能的混合合路器也被研究人员提出，出发点是以较低饿效率损失为代价来规避线性问题。
合路器很难集成在硅芯片上，因此通常被放在片外。 这使得LINC体系架构在2GHz以内工作时效率低下。 在基站PA的设计中LINC通常被考虑，但是很少用在蜂窝手机的设计中。
Doherty PA架构
传统的Doherty原理从根本上是基于主动负载迁移技术active load-pull(Doherly1936发表)。 线性放大器和弱偏“辅助”放大器通过四分之一波线进行相干合成，其特征阻抗是负载的两倍，如图3所示。
图3 Doherty放大器架构
在低功率水平下，辅助放大器几乎被关闭，对输出信号的贡献很小。 其输出阻抗足够高，可视为开路。 此时AB类线性（或载波）放大器负责放大；功率附加效率随功率的增加而迅速增加。 线性放大器超过功率门限开始饱和，辅助放大器部分开始逐渐偏置，从而提高了该体系结构的输出功率能力。 然后，效率保持在一个高水平，并且没有过度失真。 事实上，辅助放大器激活产生的非线性可以通过用线性载波放大器的适当补偿来克服。 场效应晶体管器件的情况尤其如此，以后我们将会对此给出一些解释。
传统的Doherty限制之一在于其工作的功率增益相对较低，功率范围较低(6dB)。 一些研究证明了具有以更高的复杂性为代价扩大这一范围的可行性， 以一种类似超相（Outphasing）架构的方式与，Doherty原理上要求使用四分之一波长线，由于减小芯片die的面积的目的，在2GHz以内应用时它一般不能集成在硅芯片上。 因此，Doherty通常也不被认为是手机发射机的好候选候选方案。 有研究人员提出了一种类似Doherty的采用集总单元的Doherty架构，但仍需消耗芯片die的面积。
