steve.c.cripps 无线通信射频功率放大器第二版 个人理解与勘误 (2)

Chapter 2. 线性放大器设计

1. A类功率放大器简介

      A类功率放大器是线性功率放大器这一观点并不严谨，必须在对输入功率加以限制。从直观的角度来看，A类PA随着输入功率增加，在达到饱和之前，换句话说是在达到限幅极限之前是线性的。实际上由于膝值电压和非线性跨导的影响，即便是满足上述条件的A类功放仍然不处于完全的非线性状态，但这种非线性影响会随着输入功率变大逐渐可以被忽略不计。Figure 2.1的横坐标是输入信号量，我觉得应该改成栅极电压才对(跟上一章的图一致)。我们的输出匹配网络通常是低通的，谐波短路也能对高驱动水平下的PA进行一定程度的线性失真补偿。

2.负载牵引技术

      负载牵引技术在后面有单独一章进行介绍，本章提到的比较有意思的有这样几点：首先，源牵引匹配和输入共轭匹配的区别并不明显，除非此时频率已经达到晶体管的最大工作频率附近。第二，等功率圆是椭圆型的，这一点似乎与饱和功率下的非线性失真有关，但当输入功率降低时，仍然会维持相同的形状。2.4一节看似图很多，但实际上就只是解释了等功率圆的由来，通过虚部分量的补偿可以分别改变电压或者电流摆幅来维持输出功率从而得到等功率圆。这一节中给出等功率圆的模型仅仅是将晶体管等效为拥有一个输出阻抗，因此与频率无关。实际上我们得到晶体管模型往往包含了封装层的寄生参数，因此2.5节便是对去封装概念进行解释，这对于宽带匹配是有实际应用价值的。这一部分的内容不难理解，不同书籍都有详细的介绍。

3.一个简单的A类功放设计流程

      本文的最后一节给出了一个输出功率1W，工作频率为1.9 GHz简单的A类功放设计。第一步是选择满足设计要求的管子，通过查看Datasheet能够得到偏置电压的相关信息。输入匹配采用简单的共轭匹配，输出匹配则根据管子对应的负载牵引数据进行设计；根据偏置电压和静态电流可以计算出输出阻抗Ropt。需要注意，Ropt位于管子的电流面，我们实际得到的晶体管模型则包含了厂商的封装层。因此可以有两种方案，如果我们能知道封装模型的等效电路，我们就可以将这一等效电路加入匹配网络中将50Ω匹配到Ropt，另一种方法则是直接对封装面进行负载牵引然后将封装面最佳阻抗匹配到50Ω。两种方法均可，但前一种方案更有利于宽带设计。文章中给出了封装模型的具体数值，再加上是窄带匹配因此只用了一节低通网络进行快速的匹配。值得注意的是，本电路的设计参数似乎只包括了微带线和电容，因此两者的公差对于实际电路的效果至关重要。在复杂的电路中，我们会用到蒙特卡洛分析和灵敏度分析，对于灵敏度高的参数在仿真阶段需要仔细留意。在版图的第一次测试之前应该预留一些便于调试的空间比如容值近似的电容或者微带线附近的小铜带以对实际制造公差进行补偿，一般并联微带线带来的公差好解决，设计匹配网络时应该考虑这一点。

总结

      这一章同样是射频功率放大器的基础知识，对于会产生增益压缩的功率放大器来说，即便是A类偏置仍然是产生非线性失真，但我们使用线性的设计方法同样能实现较为良好的效果。这里提到的线性方法可以理解简单的阻抗匹配，而非线性方法我的理解是有两种，一种对非线性失真产生的谐波进行控制的方法，简单的有对AB类功放进行高次谐波短路，复杂的有F类功放的谐波控制设计。另一种则是类似于E类功放那样的开关类功放设计理念。这两种方法都可以被称作非线性设计方法。此外，还有更为复杂的线性度提升和效率提升技术，这些都会在后续章节提及。