【摘 要】
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5G移动通信系统是面向2020年后推出的新一代移动通信系统,功率放大器作为5G无线通信系统中的核心模块之一,扮演着将信号放大并通过天线发送出去的关键角色,它的效率跟整个系统的效率相关。如何研究出一种高效,适用于多频段下使用的新型功率放大器是人们讨论的热点所在。应用于数字极化发射机的数字功率放大器,拥有传统发射机下的模拟功率放大器无法具备的高效率的特点,同时也适应多频段的要求,与前面提到的需求相契合
【基金项目】
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国家重点研发计划课题（课题名称:数字化射频收发机关键技术,课题编号:2019YFB2204602）；
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5G移动通信系统是面向2020年后推出的新一代移动通信系统,功率放大器作为5G无线通信系统中的核心模块之一,扮演着将信号放大并通过天线发送出去的关键角色,它的效率跟整个系统的效率相关。如何研究出一种高效,适用于多频段下使用的新型功率放大器是人们讨论的热点所在。应用于数字极化发射机的数字功率放大器,拥有传统发射机下的模拟功率放大器无法具备的高效率的特点,同时也适应多频段的要求,与前面提到的需求相契合。论文基于22nm CMOS工艺,针对5G移动通信系统中Sub-6GHz频段,进行了应用于数字极化发射机的CMOS数字功率放大器研究与设计。电路由驱动电路、译码电路、双PA单元阵列和三线圈功率合成变压器组成。以电流模式的D类功率放大器单元为基础,采用双PA阵列的方式进行设计,输出通过片上三线圈变压器代替传统RLC并联谐振网络完成功率合成、阻抗变换以及双端到单端信号的转换,大大简化匹配电路。完成了三线圈功率合成变压器的建模及模型优化,并在此基础上设计了宽带侧边耦合功率合成变压器。PA单元采用差分的cascode结构,通过对单元电路结构进行稳态分析以确保电路工作稳定。同时根据电路性能要求,设计了驱动及译码器电路。采用Cadence、ADS等软件进行了功放的电路设计、前仿真、版图设计和路场混合仿真,并利用东南大学射频芯片测试平台对芯片进行了测试。测试结果表明,在2.5V和1V电源电压下,频率范围为2.4～5.25GHz时,最大输出功率达到25.4d Bm,最大漏极效率为28.4%。芯片尺寸为2.170×1.289mm~2。本文设计的数字功率放大器输出功率和效率达到预期效果,可应用于5G移动通信系统中Sub-6GHz频段的数字极化发射机。
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