我們?cè)谧约旱娜粘；顒?dòng)（或是給親戚打電話、或是給朋友發(fā)短信、甚至是通過移動(dòng)設(shè)備閱讀這篇博客文章）中使用射頻（RF）通信?？諝饫镉性S多信號(hào)在快速傳播，然而，大多數(shù)這樣的信號(hào)是哪里產(chǎn)生的呢？大部分RF通信源自蜂窩塔或無線基站，例如圖1所示的基站塔。

圖1：手機(jī)基站

這些基站內(nèi)有很多組件，因此一份完整的總結(jié)將變成一篇博士論文！但筆者不會(huì)面面俱到去贅述，而是集中討論一種對(duì)任何基站而言均至關(guān)重要的組件：功率放大器（PA）。

正如您可能已猜到的，PA的目的是將低功率RF信號(hào)放大成高功率RF信號(hào)（被驅(qū)入基站發(fā)射器）。

在注入任何RF信號(hào)之前，要把一種直流（DC）電壓（Vgate）施加到PA的柵極并對(duì)該電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到所需的漏極電流流過PA。該電流通常被稱為靜態(tài)電流 —— 無RF輸入存在時(shí)流動(dòng)的電流。可對(duì)該靜態(tài)電流值進(jìn)行選擇，以適合最終應(yīng)用（包括調(diào)制系統(tǒng)和器件運(yùn)行級(jí)別）。圖2是典型PA設(shè)置的簡(jiǎn)化原理圖。

圖2：簡(jiǎn)化的PA原理圖

為更好地了解柵極電壓和靜態(tài)電流如何影響RF（交流 (AC) ）性能，您可以用金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）模型來代替PA，得出下面的表達(dá)式：

（處于飽和狀態(tài)的MOSFET）

（1）

（2）

圖3是兩個(gè)方程式的圖形表述形式。驅(qū)動(dòng)一個(gè)小的RF輸入信號(hào)，使其疊加到DC柵極電壓上，從而產(chǎn)生一種AC漏極電流ΔIds。該AC電流圍繞靜態(tài)電流值Idsq（見圖3a）振蕩。您可利用MOSFET晶體管I-V曲線和負(fù)載線分析來找到相應(yīng)的AC漏極電壓ΔVds（見圖3b）。在確定AC漏極電壓與AC漏極電流之間的關(guān)系時(shí)，方程式2可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為方程式3。

（3）

在圖3a中，使用跨導(dǎo)的斜率計(jì)算結(jié)果gm，您可進(jìn)一步將表達(dá)式歸納為：

（4）

因此該放大器的電壓增益ΔVds/ΔVgate被詮釋為–Rs • gm，這可換算成：

–Rs • 2 • Idsq/(Vgate – Vth)

上述表達(dá)式主要闡明該配置的增益與靜態(tài)電流Idsq直接成比例。此外，還可對(duì)Idsq進(jìn)行選擇，以確保輸出電壓擺幅不會(huì)因飽和而受限；這就是您應(yīng)該在RF運(yùn)行之前選一個(gè)Idsq值的原因，此舉需要一種規(guī)定的DC柵極電壓。

圖3：（a）MOSFET Vgate與Ids曲線圖

（b）MOSFET共源負(fù)載線分析

傳統(tǒng)上，大多數(shù)PA偏置系統(tǒng)均采用分立式解決方案，有些這樣的解決方案像PA柵極上的電位計(jì)（可變電阻分壓器）一樣簡(jiǎn)單。較新的方法利用精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和/或數(shù)字電位計(jì)的準(zhǔn)確性和數(shù)字接口。橫向擴(kuò)散MOSFET（LDMOS）、砷化鎵（GaAs）和氮化鎵（GaN）等不同的PA技術(shù)需要不同等級(jí)的柵極電壓用于器件運(yùn)行。例如，GaN和GaAs需要負(fù)偏置系統(tǒng)，而LDMOS則需要適用于器件運(yùn)行的正電壓。出于這個(gè)原因，許多PA偏置解決方案現(xiàn)在也開始把具有雙極性范圍的DAC列為一部分。

PA在器件運(yùn)行過程中顯示出的非線性主要依賴于溫度。這些非線性可顯著影響性能，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的器件行為。筆者在以后的博文中將討論這些非線性，敬請(qǐng)關(guān)注。

如欲進(jìn)一步了解PA偏置解決方案或模擬監(jiān)測(cè)與控制（AMC）器件，歡迎查看這些產(chǎn)品：AMC7812、AMC7832、AMC7836。