面向下一代移动通信的CMOS包络跟踪射频功率放大器关键技术研究

In next-generation mobile communication system, the modulation signal has higher peak-to-average power ratio, which reduces the power efficiency of radio frequency power amplifier. The envelope tracking is the key technology of power efficiency improvement. The research focuses on the key technologies of CMOS envelope tracking radio frequency power amplifier in next-generation mobile communication system. The research fields are listed as followers: (1) to establish the system power consumption model of envelope tracking radio frequency power amplifier, to get the knowledge of relation among system power efficiency, signal bandwidth, and peak-to-average power ratio, to enrich the theory fundamental of lower power design; (2) research on the architecture of envelope tracking modulator with proposed multi-stage charge-pump based buck converter and linear amplifier, research on the mechanism of power efficiency improvement and the method of noise suppression; (3) research on CMOS envelope tracking radio frequency power amplifier, especially on the architecture and reliability. The results and conclusions provide the theory fundamental for the integration of radio frequency front end in next-generation mobile communication system.

下一代移动通信中调制信号具有更高峰均功率比的特性降低了射频功率放大器的效率，包络跟踪技术是实现效率提升的关键技术。本课题研究用于下一代移动通信的CMOS包络跟踪射频功率放大器技术，拟从以下几方面展开：（1）建立包络跟踪射频功率放大器系统功耗模型，明确系统效率与信号带宽、峰均功率比的关系，为低功耗设计提供理论基础；（2）提出多级电荷泵降压变换器与线性放大器并联的包络调制器结构，研究效率提升机制及噪声抑制方法；（3）基于CMOS工艺的包络跟踪射频功率放大器芯片的研究，着重研究CMOS射频功率放大器的结构和可靠性问题。本课题的研究成果为面向下一代移动通信射频前端系统的集成提供理论基础。

针对下一代移动通信中广泛采用的具有高峰均功率比的调制信号，包络跟踪技术是提升功率放大器效率的关键技术。本项目对CMOS包络跟踪射频功率放大器系统，高效率包络跟踪电源调制器，CMOS射频功率放大器分别进行了理论分析、研究和设计。本项目的研究成果包括三个方面内容：（1）包络跟踪电源调制器转换速率的提升；（2）包络跟踪电源调制器效率的增强；（3）CMOS射频功率放大器可靠性的增强。.在第一和第二方面，研究了混合型包络跟踪电源调制器的效率优化方法，确定了影响包络跟踪电源调制器效率的关键参数。比较了基于多个电感和多个开关放大器的混合调制器结构，进一步研究了其引入的噪声和线性度问题。提出了一种创新的包络调制器架构，在效率和输出电流的转换速率两个方面均获得了提升。.在第三个方面，研究并设计了一个全集成线性功率放大器，并且针对ESD保护电路展开研究，提出了一种新颖的ESD保护电路的结构，提高了芯片的可靠性。