导　　师： 章国豪

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 在频谱资源日益稀缺的今天,为了提高数据传输速率,信号由传统的简单恒包络调制发展为复杂的变包络调制,其代价是更高的峰均比以及信号带宽。功率放大器(PA),是手机主要的耗能模块之一,为了在变包络调制下实现无失真传输,PA需要工作在高线性度低效率的回退区,从而缩短手机电池的工作时间。包络跟踪(Envelope tracking,ET)电源管理技术在PA输入功率较低时降低其直流功耗,有效提升其回退区效率。ET技术的核心电路是包络调制器(Envelope Modulator,EM),而ET PA的效率近似等于EM与PA的效率乘积,因此EM需要高效率。本文主要研究如何提高EM效率,研究内容分为下面几个部分:1.对比目前已有的EM系统结构,分析其各自优缺点,选定由线性放大器以及Buck变换器组成的混合型系统结构(Hybrid Envelope Modulator,HEM),然后分析其工作原理,通过Matlab/Simulink建模掌握其动态特性;基于0.18μm CMOS工艺与Cadence辅助设计完成了流片,测试结果验证了HEM系统的功能。2.基于SMIC 55nm CMOS工艺设计了一款应用于10 MHz LTE包络信号的HEM芯片。Cadence仿真结果显示,在供电电压3.3 V,HEM输出功率26.2 dBm下,效率达到78%,系统性能均达到预期目标。3.为了进一步提高效率,本文针对低摆率输入包络时开关电流过量的问题,提出3-level Buck变换器取代传统2-level结构。首先,系统采用开关节点三电平控制方式,使开关电流摆率随输入包络变化,提高对负载电流的跟踪性能,减少线性放大器动态功耗,从而提升系统的整体效率。其次,针对高摆率输入包络时开关电流存在摆率受限问题,提出新的并联式双开关变换器结构,其中3-level Buck变换器作为主开关变换器,提供绝大部分的开关电流;通过死区控制实现的第二路开关变换器作为辅助。在高摆率时补偿开关电流更高次的谐波分量,更进一步降低线性放大器的动态功耗。通过Matlab/Simulink对两种新系统结构进行初步验证,建模仿真结果均与理论一致。双开关3-level HEM的电路系统设计使用SMIC 55nm CMOS工艺,Cadence仿真结果表明,在3.3 V电源,26.2 dBm输出功率下,效率约为81%,与传统的2-level HEM系统相比,本文的双开关3-level HEM系统有3%的效率提升。更多还原

关 键 词： 混合型包络调制器 高效率 3-level开关变换器 双开关结构

分 类 号： [TN722.75;TN761]

领　　域： [] []