基于MASH結(jié)構(gòu)的多級(jí)電源調(diào)制器設(shè)計(jì)

　　張良鈿 鮑景富 黃洪云 電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院 (四川成都 611731)

　　摘要：本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于MASH結(jié)構(gòu)控制的多級(jí)電源調(diào)制器，該調(diào)制器具有超過100KHz的跟蹤帶寬以及高于87%的調(diào)制效率。

　　關(guān)鍵字：包絡(luò)跟蹤;電源調(diào)制器;多階噪聲成型;功率放大器

　　射頻功率放大器被廣泛應(yīng)用于各種無線通信發(fā)射機(jī)中，影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能。隨著第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，對(duì)射頻功放的效率和線性度提出了更高的要求。包絡(luò)跟蹤功放技術(shù)(ET)能有效提高功放的效率，越來越受到人們的重視。在包絡(luò)跟蹤功放中，末級(jí)RF功放晶體管由固定電壓供電改為隨已調(diào)RF信號(hào)的包絡(luò)同步動(dòng)態(tài)變化的電源供電，使得晶體管工作在臨界飽和的線性區(qū)，從而提高功放效率。

　　ET技術(shù)

　　包絡(luò)跟蹤功放的原理如圖1所示，可分為射頻路徑和包絡(luò)路徑。

　　射頻路徑是普通的線性功率放大器，雖然效率不高，但線性度很好，不對(duì)信號(hào)的幅值和相位產(chǎn)生失真。以B類線性功放為例，漏極效率可寫為：

　　其中，是B類功放理論上的最大效率，Vrf是功放輸出射頻信號(hào)的包絡(luò)，Vdd是功放漏極供電電壓。如果Vdd=Vrf，那么功放就能獲得理論上的最高效率。

　　包絡(luò)路徑能取樣輸入信號(hào)的包絡(luò)，并控制一個(gè)電源調(diào)制器，使輸出電壓隨信號(hào)包絡(luò)同步變化，即Vdd=Vrf近似成立。因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)高效的電源調(diào)制器成為包絡(luò)跟蹤功放技術(shù)研究的一個(gè)重要課題。

　　本文提出了一種基于多階噪聲成型(MASH)結(jié)構(gòu)控制的電源調(diào)制器，該調(diào)制器跟蹤帶寬超過100KHz，直流轉(zhuǎn)換效率高達(dá)87%，并具有很小的電源紋波。

　　MASH調(diào)制器

　　MASH通過將幾個(gè)低階的sigma-delta調(diào)制器級(jí)聯(lián)而成，前一級(jí)的量化誤差作為后一級(jí)的輸入，這樣通過誤差校正函數(shù)可以將前幾級(jí)的量化誤差抵消，調(diào)制器的最終輸出只保留最后一級(jí)的量化誤差，并將該誤差噪聲整型到高頻區(qū)，從而使得量化器的通帶信噪比大大提高。

　　一個(gè)典型的2階MASH調(diào)制器如圖2所示。其中X(z)為輸入信號(hào)， Y(z)為輸出信號(hào)，Eq1(z)和Eq2(z)分別為2個(gè)1-bit量化器的量化誤差。

　　一階sigma-delta調(diào)制器的傳輸函數(shù)為：