模拟技术中的高效率模拟技术中的高效率E类射频功率放大器类射频功率放大器
1 引言 作为发射器的最后一级，功率放大器供给负载所需要的、额定的不失真功率以控制负载工作，使得信号
通过天线发送出去，同时减少误码。它不要求最大的功率放大倍数，而是要求获得最大的、不失真（或者失真
但合乎要求）的输出功率。由于移动通信的普及，提高手机的功率效率、降低电源消耗、减小体积重量、延长
通话时间成为开发移动电话急需解决的技术问题。在系统的功耗中发射机占了绝大部分，其末级的功率放大器
又是最关键的部件，存在着较大的功率损耗。对于不同类型的发射机，末级功率放大器占整个系统功耗的60%
～ 90%，制约了系统性能。因此，需要设计一种高效率功放，这对于常规的电子设备，例如中继通信站等，提
高效率，降低电
1 引言
作为发射器的最后一级，功率放大器供给负载所需要的、额定的不失真功率以控制负载工作，使得信号通过天线发送出去，同
时减少误码。它不要求最大的功率放大倍数，而是要求获得最大的、不失真（或者失真但合乎要求）的输出功率。由于移动通
信的普及，提高手机的功率效率、降低电源消耗、减小体积重量、延长通话时间成为开发移动电话急需解决的技术问题。在系
统的功耗中发射机占了绝大部分，其末级的功率放大器又是最关键的部件，存在着较大的功率损耗。对于不同类型的发射机，
末级功率放大器占整个系统功耗的60%～ 90%，制约了系统性能。因此，需要设计一种高效率功放，这对于常规的电子设
备，例如中继通信站等，提高效率，降低电源损耗、降低维护成本也有重要的意义。
本文研究了一个用0.6μm CMOS工艺实现的功率放大器， E型功率放大器具有很高的效率，它工作在开关状态，电路结构简
单，理想功率效率为 100%，适应于恒包络信号的放大，例如FM和GMSK等通信系统。
2 工作原理
下面用图1所示的原理图进行说明E型功率放大器的工作机理。
当输入电压Vin大于开启电压时，晶体管工作在可变电阻区，漏源之间有很小的电阻，假设为r on，这相当于开关闭合；如果
输入电压V in小于开启电压时，MOS管处于截至状态，没有电流流过漏级，这相当开关断开，因此电路原型可以用图2所示的
模型表示，电容 C为MOS管的结电容或者外接电容。当开关闭合时，如图3所示，有 Vdd-Vd=L(d IL/dt)，由于ron 很小，所以
Vd很小，近似为零。所以 Vdd≈L(dIL/d t)，解之得到：lL≈(V dd/L)t+ IL0，IL0是电感电流的初始值，可以看出当开关闭合后电
流随时间线性增长。
在开关闭合时，如果电容不能充分放电，就要损耗1/2×CVd2的能量，所以电容必须能够在输入电压变化的瞬间充分放电，也
即当dVd /dt=0时，Vd=0。一个信号由无数个谐波分量组成，利用 L1和C1组成的滤波器从 Vd的各次谐波中选择等于输入电压
频率的基波分量，这也就对信号进行了相位或者频率的调制，在功率放大以后传送到负载上。电路中的参数随输入变化的关系
如图5 所示。
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