单片射频控制器如何促进Doherty放大器在更多射频应用中的使用

Doherty放大器结构

在详细了解Doherty优化挑战和Peregrine公司的MPAC产品之前，让我们先看看Doherty放大器巧妙的设计。它采用了一种由两个放大器组成的双路径架构，即一个载波放大器，一个峰值放大器，如图2所示。Doherty的两个放大器路径可以实现比传统架构更高的效率增益。载波放大器是专门为载波信号设计的AB类放大器。峰值放大器是专门针对信号中的高峰值优化了的C类放大器。信号从主射频输入端进入，接着分成0度和90度相位，经过放大器内的载波和峰值路径后，最后再组合起来形成输出信号。本质上是通过管理相位和幅度实现了更高的效率。

图2：Doherty功放采用了由一个AB类载波放大器和一个C类峰值放大器组成的双路径架构。

这种架构有一个输出组合网络，允许载波放大器看到更高的阻抗，从而在回退条件下可以经历更高的电压摆幅。通过在这些条件下向载波放大器显示更高的阻抗，载波放大器可以使用可用的电压余量，工作时可更接近饱和。Doherty放大器还能在回退条件下保持C类峰值放大器处于关断状态。随着功率开始向峰值功率转变，峰值放大器开始导通，输出Doherty网络开始经历负载调制。载波放大器随即见到比在后退状态下呈现的高阻抗更低的阻抗。

在Doherty结构中，有多个元件使得放大器同时具有频率和制造敏感特性。输出负载匹配变压器是一个四分之一波传输线段，具有35Ω的特征阻抗。载波放大器和峰值放大器之间的阻抗反转器是另一个四分之一波传输线段，具有50Ω的特征阻抗。这些变压器都对频率敏感，并与峰值和载波放大器的输出匹配网络连接在一起。另外，用于优化每个放大器输出端阻抗的偏置线也具有频率敏感特性。

当Doherty是针对比如9dB的高峰均比值设计时，一般使用不对称的结构。在这种结构中，峰值放大器比载波放大器更大。为了实现最优化的非对称性Doherty实现，输入驱动强度的控制和相位平衡变得尤其重要。

Doherty放大器优化挑战

任何接受过为无线基站发射机实现Doherty功率放大器(PA)任务的人都可以证明挑战来自于Doherty放大器的优化。表现为制造和频率敏感性，每个模块的人工调整，分立元件及它们自身的差异，更不用说优化后灵活性的缺乏了。对工程师来说，这是一种非常耗时的挑战，而时间本身也是一种投资成本。

Doherty架构的载波和峰值路径之间相位与幅度的任何失配或不重合都将很快导致更高的成本和总体性能的劣化。如果载波放大器和峰值放大器没有处于同步状态，那么最终输出将达不到设计的输出性能。今天，大多数宏蜂窝射频工程师通过使用分立元件调整每条载波和峰值路径的相位与幅度来管理这种复杂性。但分立元件本身就具有制造差异。例如，0402或0603表贴元件很容易改变，特别是较低容量的电容。即使工程师使用基于某类传输线的匹配网络，电容值的变化也可能高达20%，对于任何微带层来说都是这样。随着工程师为了更高带宽而优化放大器，这些差异将侵吞余量，并使得Doherty功放更容易受制造变化的影响，因为它天生具有频率敏感性。

使用分立元件是一种成熟的方法，它能使材料清单(BOM)的成本降低。但另一方面，这种方法需要实实在在的工程时间和专业知识，因为优化是人工作业，而且工作量很大。工程师必须确定分立元件的值，以及如何将它们放到电路板上去。另外，一旦分立元件安装在电路板上，就没有灵活性了，无法为未预料到的功率晶体管变化做出改变。射频工程师也将无法进一步优化相位和幅度。

第三页：Peregrine公司的单片射频控制器