宽带无线通信中高线性数字式射频功率放大器的关键技术研究

LTE-advanced/pro, 802.11ac/ax and the next generation of 5G wireless communication standard have heightened the demand for wider channel bandwidth and more complex digital signal modulations. However, limited by high substrate loss, low supply voltage and low breakdown voltage of CMOS process, the integration of highly-linear and highly-efficient power amplifier (PA) has been a challenge in the industry. Furthermore, traditional RF designs usually depend on accurate device models, but RF models always release far later than digital models, resulting in RF chip integration becoming a main limiting factor of the whole market time. This project proposes a research on key techniques of highly-linear.digital CMOS PA for wideband wireless communication to ultimately realize an integrated high-performance PA chip on advanced CMOS technologies. This project will focus on the research of digital PA architecture innovation, linearity and efficiency enhancement techniques, wideband matching network design and digital pre-distortion techniques. The new circuitry topologies and digital design techniques proposed in this project will accelerate the development of RFIC design in China, which also possesses high academic value and broad application.prospects.

LTE-advanced/pro、802.11ac/ax及新一代5G无线通信标准均通过提升信号带宽和调制方式的提高通信速率。这对射频功率放大器(PA)的线性度和效率提出了更严格要求。由于受限于CMOS工艺的高射频损耗、低电源电压等问题，高线性度高效率的CMOS PA集成一直是业界的研究难点。传统射频设计通常依赖于精确的晶体管模型，而射频模型的更新远远迟于数字模型，使得射频集成成为整个芯片市场化时间的主要限制因素。本项目将研究宽带无线通信中高线性度数字式CMOS PA的关键技术，开发创新性的数字式PA架构，最终实现一款可在先进CMOS工艺上集成的用于宽带通信的高性能PA。本项目将深入分析PA架构非线性根源及器件非线性根源，并在此基础上研究数字式PA的结构创新、线性度和效率提升技术等。本项目中提出的新型电路结构和射频数字化技术将会促进我国射频集成电路设计水平提升，具有很好的学术价值和应用前景。

LTE、WiFi6/7及新一代5G无线通信标准均通过提升信号带宽和调 制方式的提高通信速率。这对射频功率放大器(PA)的线性度和效率提出了更严格要求。由 于受限于CMOS工艺的高射频损耗、低电源电压等问题，高线性度高效率的CMOS PA集成一 直是业界的研究难点。本项目深入分析PA架构 非线性根源及器件非线性根源，并在此基础上研究数字式PA的结构创新、线性度和效率提升等技术。项目的主要研究内容是宽带无线通信中高线性数字式射频功率放大器的关键技术，其中包含1)数字射频功率放大器的根源研究、2)宽带数字发射机架构研究、3)数字功率放大器的线性提升技术和4)IQ架构的效率提升技术。通过引入创新型技术，例如IQ-reuse，复平面负载牵引，超大功率合成，单电源Class-G等技术，进一步改善放大器线性度，回退效率，工作带宽等关键性能。相关的研究成果发表在，包括5篇ISSCC论文/4篇JSSC/1篇TCAS-I/1篇IEEE Microwave Magazine综述文章，和若干其他领域关键会议期刊的成果。收到行业专家的关注，并被行业关键领域的顶级会议IEEE ISSCC/IEDM/RFIC邀请为技术评审委员。并培养了博士生5人，硕士生4人。