基于折叠式比例串联变压器的功率放大器芯片设计

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.007

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2018, Vol. 46 ›› Issue (8): 46-51.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2018.08.007

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基于折叠式比例串联变压器的功率放大器芯片设计

吴海岗,李斌^†,吴朝晖,王昆,刘洋

1. 华南理工大学电子与信息学院
2. 华南理工大学电子与信息学院

收稿日期:2017-12-06 修回日期:2018-02-03 出版日期:2018-08-25 发布日期:2018-07-01
通信作者: 李斌(1967-)，女，教授，博士生导师，主要从事半导体器件物理与模拟集成电路设计研究 E-mail:phlibin@scut.edu.cn
作者简介:吴海岗(1987-)，男，博士生，主要从事射频与模数混合专用芯片设计研究
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61571196); 广东省科技计划项目(2017B090908004， 2015B090912002， 2015B090901048)

Design of a Power Amplifier with a Folded Proportional Series Combining Transformer

WU Haigang LI Bin WU Zhaohui WANG Kun LIU Yang

School of Electronic and Information Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China

Received:2017-12-06 Revised:2018-02-03 Online:2018-08-25 Published:2018-07-01
Contact: 李斌(1967-)，女，教授，博士生导师，主要从事半导体器件物理与模拟集成电路设计研究 E-mail:phlibin@scut.edu.cn
About author:吴海岗(1987-)，男，博士生，主要从事射频与模数混合专用芯片设计研究
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China(61571196) and the Science and Technology Planning Project of Guangdong Province(2017B090908004， 2015B090912002， 2015B090901048)

摘要/Abstract

摘要： 本文设计了一款用于无线通信射频链路的新型射频功率放大器芯片。提出了基于双通道折叠式比例串联变压器拓扑的功率合成结构，与传统非折叠对称分布功率合成结构相比，拓展了输出功率调整范围，尤其是该结构所引入的交叉耦合系数增强了变压器初次级的耦合，最终获得能量传递效率的显著改善。芯片采用0.18 μm RF CMOS工艺实现，对应工作频率为2.4 GHz。测试结果表明：在2.5 V的供电电压下，高输出功率模式时，饱和输出功率和最大线性输出功率分别为28.3 dBm 和27.2 dBm，对应的功率附加效率分别为33.5% 和31.6%；低输出功率模式时，最大线性输出功率为19.8 dBm，对应的功率附加效率为24.1%。芯片性能良好，可以满足高效、高密度及多制式无线通信射频链路应用要求。

关键词: 功率放大器, 变压器, 功率合成, 比例控制, 折叠

Abstract: In order to improve the power-added efficiency (PAE) without increasing chip size，a novel power amplifier (PA) with folded proportional series combining transformer used for wireless radio frequency (ＲF) is presented． Due to the cross coupling coefficient introduced by the folded structure，the primary to secondary winding electromagnetic coupling is enhanced，thus the power delivery efficiency is improved． Using the proposed folded proportional combining structure，the power amplifier is designed and implemented in standard 0. 18 μm CMOS process at the operating frequency of 2. 4 GHz． The measurement results show that，with a 2. 5 V power supply， the PA can achieve a peak output power of 28. 3dBm and a maximum linear output power (P1-dB) of 27. 2dBm in high power mode，with PAE of 33. 5% and 31. 6%，respectively，and a P1-dB of 19. 8dBm with PAE of 24. 1% in low power mode． It is demonstrated that the proposed design is suitable for the complicated wireless system with high efficiency and multi modulation requirements．

Key words: power amplifier, transformer, power combining, proportional control, folding

中图分类号:

吴海岗李斌吴朝晖王昆刘洋.

基于折叠式比例串联变压器的功率放大器芯片设计

[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2018, 46(8): 46-51.

WU Haigang LI Bin WU Zhaohui WANG Kun LIU Yang.

Design of a Power Amplifier with a Folded Proportional Series Combining Transformer

[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2018, 46(8): 46-51.

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Design of a Power Amplifier with a Folded Proportional Series Combining Transformer

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