導言：suizhewuxiantongxinjishubuduanfazhan，duigonglvfangdaqideyaoqiuyeyuelaiyuegao，chuantongfangdaqiyiwufamanzushijiyingyongdexuyao。benwenjieshaoyizhongyixianggonglvfangdaqi，bujinnengtigaogonglv，erqiezaijiaogaogonglvshuipingxiarengnengweichihengaodexiaolv。

傳統802.11a正交頻分多路複用(OFDM)係統的高功耗和性能局限阻礙了802.11a和雙頻WLAN產品的采用，對諸如OFDM和寬帶CDMA(W-CDMA)等多載波波形處理而言，其所涉及的物理原理從根本上限製了線性功率放大器的效率、輸出功率和信號質量，特別是那些為傳統802.11a係統提供功率的放大器。這類係統要在各種具備WLAN技術的設備中完全發揮它們的性能，包括功率有限的小型設備，因此需要采用一種全新的調製解調器結構和功放設計。

802.11a標準以OFDM調製為基礎，在這種調製方式下
，數據在52個載波中進行多路傳輸
，每個載波均可采用BPSK、QPSK、16QAM或64QAM進行調製。這種傳播提高了對多路徑衰減和某些幹擾波形的免疫性，但它的缺點是結果RF信號具有很大的峰值-均值功率比。此外，高水平調製方法要求放大失真小
，以避免增大誤差矢量幅度(EVM)。

傳統上在輸出功率(也包括範圍)、數據傳輸率和功耗之間有一種複雜的折衷關係，要獲得高數據傳輸率需要有很好的線性

，這通常通過退一步使用AB類(lei)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)來(lai)實(shi)現(xian)
，然(ran)而(er)又(you)導(dao)致(zhi)了(le)傳(chuan)輸(shu)功(gong)率(lv)下(xia)降(jiang)。低(di)傳(chuan)輸(shu)功(gong)率(lv)使(shi)得(de)鏈(lian)接(jie)效(xiao)果(guo)變(bian)差(cha)

，進(jin)而(er)縮(suo)小(xiao)工(gong)作(zuo)範(fan)圍(wei)。高(gao)功(gong)率(lv)和(he)大(da)工(gong)作(zuo)範(fan)圍(wei)也(ye)是(shi)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)的(de)，但(dan)卻(que)要(yao)以(yi)降(jiang)低(di)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)率(lv)或(huo)減(jian)少(shao)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)為(wei)代(dai)價(jia)。換(huan)言(yan)之(zhi)，用(yong)戶(hu)喜(xi)歡(huan)低(di)功(gong)率(lv)、高數據傳輸率和較大工作範圍
，但是由於負責處理信號放大的線性AB類放大器的關係，隻能同時實現三個要求中的兩個。

運行於峰值功率時

，傳統AB類放大器效率很高(理論效率為78.5%)，而在低功率下，其效率下降非常迅速。當此類放大器用於802.11a OFDM信號時
，必須調整放大器以處理峰值功率水平，但平均運行於比峰值低8dB的水平上
，因此大多數時間都運行在極低的效率下
，平均效率隻有10%左右，如果放大器退一步支持54Mbps數據率效率將更低。

因yin此ci需xu要yao一yi種zhong技ji術shu，使shi放fang大da器qi運yun行xing於yu峰feng值zhi功gong率lv
，同tong時shi在zai大da多duo數shu時shi間jian都dou處chu於yu峰feng值zhi效xiao率lv狀zhuang態tai，答da案an就jiu是shi異yi相xiang功gong放fang。我wo們men下xia麵mian看kan一yi看kan異yi相xiang結jie構gou是shi如ru何he建jian立li的de以yi及ji它ta對dui802.11a功率放大器的影響。

異相放大器

采用非線性元件的線性放大稱為異相放大器技術，可以為WLAN設計人員提供另外一種方法

，在比較廣輸出功率範圍內達到很高效率。在異相放大器中，振幅固定但相位不同的兩個信號(“相位段”)在兩個獨立的放大器(“分放大器”)中放大，然後合並起來，形成一個相位和振幅均不同的信號。當這些相位段處於同相時，包絡功率最大
；當它們處於異相時，包絡功率最小。

圖1用矢量圖顯示了兩個電壓恒定
、相位不同的信號α與β如何合並起來形成一個任意電壓信號R，圖2是采用異相技術的功率放大器結構示意。

因為分放大器總是工作在最合適、baifuzuidadezhuangtai
，suoyimeigefangdaqishizhongjuyoufengzhixiaolv。ruguoyouhebingqizailianggefangdaqizhijiantigonggeli，yinhebingqisunhaohuishixitongxiaolvbiancha，ruguoshiyongdisunhaohebingqi(不能提供隔離)
，整體係統的效率就可以非常高。
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異相放大器技術的一種特殊不同之處是Chireix技(ji)術(shu)，它(ta)采(cai)用(yong)無(wu)源(yuan)合(he)並(bing)器(qi)。這(zhe)種(zhong)合(he)並(bing)器(qi)對(dui)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)施(shi)加(jia)一(yi)個(ge)隨(sui)包(bao)絡(luo)功(gong)率(lv)變(bian)化(hua)的(de)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)
，這(zhe)樣(yang)需(xu)要(yao)較(jiao)低(di)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)時(shi)，分(fen)放(fang)大(da)器(qi)將(jiang)驅(qu)動(dong)一(yi)個(ge)高(gao)阻(zu)抗(kang)負(fu)載(zai)，變(bian)動(dong)阻(zu)抗(kang)在(zai)需(xu)要(yao)低(di)RF功gong率lv時shi迫po使shi放fang大da器qi吸xi收shou更geng小xiao的de電dian流liu，從cong而er在zai下xia降jiang時shi也ye能neng夠gou維wei持chi高gao效xiao率lv。需xu要yao注zhu意yi的de是shi分fen放fang大da器qi輸shu出chu端duan的de電dian壓ya擺bai動dong是shi固gu定ding的de，但dan是shi輸shu出chu阻zu抗kang變bian化hua會hui導dao致zhi電dian流liu擺bai動dong，直zhi流liu電dian流liu要yao求qiu也ye會hui出chu現xian變bian化hua。

使用異相技術時，分放大器的選擇至關重要，F類放大器特別適合工作於此模式。F類放大器不是線性的
，但是作為異相放大器係統中的分放大器它工作於固定振幅，其實這一點並不重要。F類放大器在二次諧波和三次諧波采用特殊的終結方法，使放大器晶體管在“開”時電壓最小，從而減小開關設備中的功率損耗。該類放大器的峰值輸出功率與漏電壓平方成正比
，因此可用Vdd電源電壓來設定平均輸出功率
，可將Vdd設定為對於任何平均輸出功率放大器均運行於可能達到的最大效率。

5GHz的實際實現

目前已開發出一種5GHz異相放大器，它在一個GaAs裸片上使用了一對F類放大器。為了使F類放大器具有較高效率，有源設備必須像一個理想關開，即具有最小的“開”阻抗、低電容，且應快速從“開”狀態切換到“關”狀zhuang態tai。此ci外wai
，該gai器qi件jian必bi須xu支zhi持chi較jiao高gao電dian壓ya以yi便bian輸shu出chu足zu夠gou的de功gong率lv而er不bu用yong大da的de阻zu抗kang轉zhuan換huan，因yin為wei大da阻zu抗kang轉zhuan換huan會hui使shi諧xie波bo終zhong結jie和he合he並bing器qi變bian得de複fu雜za。在zai一yi個ge功gong率lv大da於yu1瓦的50歐係統中，負載線路要求每個放大器產生的電壓均方根(RMS)必須為5伏，或峰-峰電壓15伏，且開關必須忍受遠遠超過峰-峰電壓的峰值電壓偏移。0.5μm GaAs PHEMT能夠同時滿足這些要求
，現市場上已有支持17伏以上電壓且Fmax接近100GHz的功率PHEMT。

分放大器在一個GaAs單片IC上成對製作，帶有驅動級和偏壓電路
，放大器裸片不含跟隨最終器件的合並器或終結電路。合並器需要運行於5GHz的低損耗傳輸線路
，而F類放大器需要運行於10GHz和15GHz的低損耗終結器。由於在GaAs芯xin片pian上shang製zhi作zuo這zhe些xie元yuan件jian無wu法fa做zuo到dao低di損sun耗hao
，因yin此ci它ta通tong過guo一yi種zhong精jing確que控kong製zhi的de引yin線xian連lian接jie與yu模mo塊kuai陶tao瓷ci基ji底di上shang製zhi作zuo的de無wu源yuan元yuan件jian一yi起qi來lai實shi現xian
，最zui後hou的de模mo塊kuai麵mian積ji為wei8×8mm，采用類似於厚膜的工藝在0.015英寸氧化鋁上製作。

適應性預矯正

與所有放大器一樣
，異相功率放大器也會產生失真。失真主要來自AM至AM轉換(增益壓縮)以及AM至PM轉換
，將導致調製星座圖的誤差矢量值(EVM)增大，以及帶外發射增大。

預矯正是一種補償這些失真的方法，它為大振幅信號提供增強量值和矯正相位。在實踐中，為了精確減小EVM和帶外發射，需要采用適應性預矯正。適應性預矯正器將希望的傳輸信號(在數字至模擬轉換、上變換和功率放大之前)與下變換數字化實際傳輸信號進行比較
，然後用兩個信號之差更新預矯正查找表裏複雜的係數。

對於802.11a WLAN等應用
，采用適應性預矯正後，可將異相功放的EVM減小到-30dB左右。采用同樣方法，還可以將異相功率放大器的相鄰信道發射水平減低到-60dBc左右。
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相位段

為wei了le使shi異yi相xiang放fang大da器qi能neng工gong作zuo，需xu要yao一yi個ge能neng生sheng產chan恒heng定ding包bao絡luo相xiang位wei矢shi量liang段duan信xin號hao的de係xi統tong。任ren意yi信xin號hao均jun可ke分fen解jie為wei相xiang位wei段duan，這zhe在zai過guo去qu是shi很hen難nan做zuo到dao的de
，但dan是shi現xian代daiDSP技術使其切實可行，即使是對複雜的OFDM信號。例如已經開發出一種單芯片物理層(PHY)集成電路，這種電路可以生成被異相功放放大時完全兼容802.11a信號的相位段。簡言之，即使使用相位段，形成的輸出也是一個可共同操作的802.11a信號。

圖3顯示了輸出功率和輸出級源電流與放大器驅動信號相位角之間的關係
，該圖數據得自於一個運行在5.25GHz、Vdd為5Vdefangdaqi。qingjizhu，fangdaqiyijinrushendubaohe，yinergongzuozaihengdingdedianyazhenfuxia
，danyaozhuyiyuandianliuyuyixiangjiaoyouhendadeguanxi。zheshuomingmeigefangdaqidezukang(往合並器方向看)在低輸出功率時確實增大，而源電流在下降。

圖4可看出源電流下降的確切數量，圖中顯示了在不同輸出功率下測得的異相功率放大器的效率，它還顯示了理想B類和理想A類放大器的最大理論效率，實際的AB類放大器將在理想A類和理想B類曲線之間。注意，實際異相功率放大器測得的效率要優於理論上完美的B類放大器。在全功率下
，放大器完全工作在同相狀態
，可觀察到80%的效率。隨著進入放大器的信號相位減小，輸出功率也在下降，但是與典型的AB類放大器相比
，效率下降要慢得多。在峰值以下7.8dB功率處(這是802.11a信號典型峰值-均值比率)，放大器的效率為46%。

驅動級對總體功耗也有貢獻。包括驅動級在內的功率添加效率(PAE)在7.8dB後退點處大於33%，此後退效率可以在廣泛的電源中實現。圖5顯示了各種電源電壓下放大器後退7.8dBshidexiaolv

，zhuyi

，queshiyouliangzhongfangshikongzhifangdaqideshunshishuchugonglv，jiyixianghegaibiandianyuandianya。dianyuandianyatongchangyongyuhuanmangaibianpingjunshuchugonglv，xiangweijiaoyongyukuaisugaibianxinhaodeshunshibaoluoxian。

圖6顯示了功率放大器在很寬的輸出功率水平上都可實現極高的後退效率

，將此表現與傳統AB類放大器(其效率在優化工作點以外急劇下降)相比，異相功率放大器在寬廣的輸出功率水平維持了優異的PAE/功率消耗比。
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本文結論

傳統的放大器結構限製了WLAN係統的範圍和效率，本文介紹的Chireix結構在與極低損耗合並器協同工作時，具有特別適合802.11a WLAN標準的優點。這種實施已經證明在實際OFDM信號上具有空前的80%峰值效率以及33%以上的平均功率添加效率。生成矯正信號驅動Chireix放大器的基頻處理器非常實用，不會增加傳輸結構的複雜性。此項創新將使802.11a WLAN生機勃勃，並使能量在便攜式設備和低功率應用中得到充分利用。