《IEEE T-CAS I》刊发华中科技大学团队硅基宽带高线性驱动放大器芯片研究成果

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers(TCAS-I)》近日在线刊发了华中科技大学集成电路学院毕晓君教授团队关于硅基宽带高线性驱动放大器的最新研究成果“A Linear High-Efficiency Distributed Power Amplifier Utilizing Class-AB and Inverse-Class-C Complementary Structure”。我院博士研究生盛超帝为论文第一作者，我院毕晓君教授为论文唯一通讯作者，华中科技大学集成电路学院为论文第一完成单位。

随着电子通信技术的不断发展，驱动放大器因为可通过放大信号幅度增加通信覆盖范围而被广泛应用于无线通信系统中。然而，随着无线通讯系统的数据流量急剧增长，传统的线性PA架构由于难以兼顾高线性度与低功率附加功耗（PAE）而面临巨大挑战。而宽带PA（DPA）架构在带宽、增益、线性度、输出功率等性能上更具有竞争力，基于此，本论文提出了一种基于互补结构的新型线性宽带高效宽带功率放大器。

本文提出的宽带线性放大器结构，具备接近200%的相对带宽，同时通过组合不同线性的放大级，在保持高效率的同时提高线性度。分布式放大器的各个放大级分属于两种不同的增益单元（GC），分为深AB类GC和反相C类GC。本文所提出的反相C类GC可以对来自深AB类GC的信号在波谷附近进行补偿，从而显著提高DPA的谐波抑制性能，进一步地可节省互补放大器的功耗。通过将两种类型的GC集成到同一个分布式架构中，有效地补偿了由于晶体管截止频率较低而导致的带宽减少，从而显著拓展了PA的带宽。此外，本文还通过电流型偏置网络以防止放大器基极电流对产生偏置地电路产生潜在干扰，从而有效减小了偏置电流的波动范围，增强了DPA的稳定性。

图1宽带功率放大器芯片照片

图2 反相C类和深AB类信号的频域相位叠加关系

当反相C类GC开启时，6 GHz频段的2/3次谐波抑制提高了13 dB/6 dB，在13 dBm输出功率下，谐波抑制性能达到41.8 dBc/39.1 dBc。当反相C类GC开启时，输出1 dB压缩点提高1 dB，OP1dB为19.2 dBm；饱和输出功率提高0.9 dB，为19.43 dBm。在输出功率约为19 dBm时，峰值PAE为33.6%。与现有技术相比，所提出的DPA在实现宽带宽的同时，具有最高的峰值PAE、相邻通道功率比（ACPR）和2/3次谐波抑制比。

图3 放大器带宽测试结果

图4 输出饱和功率和1 dB压缩点的测量结果

图5 PAE的仿真与测量结果

团队介绍

集成电路学院毕晓君教授长期从事高速光通信集成电路、毫米波集成电路方面的研究工作。入选国家级青年人才计划、承担国家重点研发计划课题2项、国家自然科学基金项目3项、业界龙头企业合作研究项目多项；突破多项硅基光通信集成电路、毫米波集成电路的性能瓶颈，包括：率先实现硅基130 GBaud+硅基驱动放大器、跨阻放大器芯片、100 G EPIC收发机芯片、4×25 GBaud高灵敏度跨阻放大器芯片、75-110 GHz高灵敏度成像接收机芯片等。以第一/通讯作者在国际一流期刊发表SCI论文20多篇，包括IEEE Trans论文20多篇；获授权发明专利20多项，美国专利1项。任IEEE JSSC、T-CAS I、T-MTT等电路领域权威期刊审稿人，IEEE ICTA会议TPC及分会主席。