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用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的功率放大器(PA)一般是通過級(jí)聯(lián)和并聯(lián)多個(gè)RF晶體管來獲得期望的固態(tài)增益和功率。與RF集成電路(RFIC)相比，雖然采用單級(jí)分離RF晶體管占用的PCB空間更多，但因具有寬廣的阻抗匹配范圍、優(yōu)化性能以及架構(gòu)選擇，所以為PA設(shè)計(jì)提供了很大靈活性。但如何滿足WiMAX基站系統(tǒng)對(duì)PA的高輸出功率、低失真以及高功效的要求呢？本文討論的基于硅LDMOS技術(shù)的RFIC具有足夠輸出功率，能提供高于15%的效能，能滿足3.8GHz WiMAX要求。
這款RFIC是采用飛思卡爾(Freescale)半導(dǎo)體公司的高壓HV7 RF LDMOS工藝技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)的MW7IC3825N/NB。這款兩級(jí)RFIC具有驅(qū)動(dòng)和輸出兩個(gè)級(jí)�？紤]到WiMAX基站系統(tǒng)要求PA具有很大的輸出功率、很低的失真以及很高的功效，所以把驅(qū)動(dòng)器級(jí)設(shè)計(jì)成工作在最大功效，把最后級(jí)設(shè)計(jì)成使其能在功率和效率間具有最佳平衡，以把驅(qū)動(dòng)器級(jí)的直流功耗降至最低。
這種設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是仔細(xì)優(yōu)化輸出預(yù)匹配網(wǎng)絡(luò)(圖)。將該電路盡可能靠近最后級(jí)的漏極對(duì)寬帶性能很關(guān)鍵，這是因?yàn)榛贚DMOS的功率晶體管具有很低的阻抗和相對(duì)高的品質(zhì)因數(shù)(Q)，其輸出阻抗可低至100mΩ，Q可高達(dá)6。從最后級(jí)輸出阻抗來看，最高效的第一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)單元是并聯(lián)感抗。并聯(lián)電感L1通過大容量電容C直接連接最后級(jí)的漏極和地，以隔阻來自漏極直流電源的直流成分。這有助于補(bǔ)償所有LDMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管固有的漏源極容抗。
輸出預(yù)匹配網(wǎng)絡(luò)采用并聯(lián)電感。MW7IC3825N/NB RFIC的輸出預(yù)匹配網(wǎng)絡(luò)采用并聯(lián)電感。
在實(shí)現(xiàn)期望感抗值以進(jìn)行正確的阻抗匹配時(shí)，可對(duì)輸出線綁定陣列實(shí)施優(yōu)化，以便把互耦合減至最小。本設(shè)計(jì)采用了Ansoft公司的高頻構(gòu)造模擬器(HFSS)電磁模擬軟件對(duì)輸出預(yù)匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真，并利用CAE軟件準(zhǔn)確確定走線的感抗值以及線間的串聯(lián)阻抗和互感值。
脈動(dòng)負(fù)載拉移(load-pull)測(cè)量方法被用來評(píng)估該RFIC的功率和效率性能。這里采用了Maury Microwave公司帶無源調(diào)諧器的負(fù)載拉移系統(tǒng)來進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)采用9秒脈寬和10%的占空比來研究熱效應(yīng)最小條件下的動(dòng)態(tài)性能。測(cè)試結(jié)果表明：MW7IC3825N/NB RFIC可滿足整個(gè)3.3到3.8GHz頻段的要求，且具有40%的兩級(jí)漏極效率。
為預(yù)測(cè)客戶設(shè)計(jì)階段的性能效果，分別推導(dǎo)出該器件的MET和Root模型，并對(duì)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。這兩種模型都考慮了裸片、封裝和綁定線等因素，且都是在安捷倫(Aglient)科技有限公司的ADS設(shè)計(jì)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的。
