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满足WiMAX基站要求的LDMOS RFIC

2015-04-18   来源:互联网   点击:
用于现代通信系统中的功率放大器(PA)一般是通过级联和并联多个RF晶体管来获得期望的固态增益和功率。与RF集成电路(RFIC)相比,虽然采用单级分离RF晶体管占用的PCB空间更多,但因具有宽广的阻抗匹配范围、优化性
用于现代通信系统中的功率放大器(PA)一般是通过级联和并联多个RF晶体管来获得期望的固态增益和功率。与RF集成电路(RFIC)相比,虽然采用单级分离RF晶体管占用的PCB空间更多,但因具有宽广的阻抗匹配范围、优化性能以及架构选择,所以为PA设计提供了很大灵活性。但如何满足WiMAX基站系统对PA的高输出功率、低失真以及高功效的要求呢?本文讨论的基于硅LDMOS技术的RFIC具有足够输出功率,能提供高于15%的效能,能满足3.8GHz WiMAX要求。

这款RFIC是采用飞思卡尔(Freescale)半导体公司的高压HV7 RF LDMOS工艺技术设计开发的MW7IC3825N/NB。这款两级RFIC具有驱动和输出两个级。考虑到WiMAX基站系统要求PA具有很大的输出功率、很低的失真以及很高的功效,所以把驱动器级设计成工作在最大功效,把最后级设计成使其能在功率和效率间具有最佳平衡,以把驱动器级的直流功耗降至最低。

这种设计的关键环节是仔细优化输出预匹配网络(图)。将该电路尽可能靠近最后级的漏极对宽带性能很关键,这是因为基于LDMOS的功率晶体管具有很低的阻抗和相对高的品质因数(Q),其输出阻抗可低至100mΩ,Q可高达6。从最后级输出阻抗来看,最高效的第一个匹配网络单元是并联感抗。并联电感L1通过大容量电容C直接连接最后级的漏极和地,以隔阻来自漏极直流电源的直流成分。这有助于补偿所有LDMOS场效应晶体管固有的漏源极容抗。

MW7IC3825N/NB RFIC的输出预匹配网络采用并联电感。。
MW7IC3825N/NB RFIC的输出预匹配网络采用并联电感。。

在实现期望感抗值以进行正确的阻抗匹配时,可对输出线绑定阵列实施优化,以便把互耦合减至最小。本设计采用了Ansoft公司的高频构造模拟器(HFSS)电磁模拟软件对输出预匹配网络进行仿真,并利用CAE软件准确确定走线的感抗值以及线间的串联阻抗和互感值。

脉动负载拉移(load-pull)测量方法被用来评估该RFIC的功率和效率性能。这里采用了Maury Microwave公司带无源调谐器的负载拉移系统来进行测量,测量时采用9秒脉宽和10%的占空比来研究热效应最小条件下的动态性能。测试结果表明:MW7IC3825N/NB RFIC可满足整个3.3到3.8GHz频段的要求,且具有40%的两级漏极效率。

为预测客户设计阶段的性能效果,分别推导出该器件的MET和Root模型,并对测试得到的数据进行了验证。这两种模型都考虑了裸片、封装和绑定线等因素,且都是在安捷伦(Aglient)科技有限公司的ADS设计环境中实现的。

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