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详析Doherty功放设计之如何提升效率(下)

2018年02月14日 12:12 次阅读

  Doherty如何提升效率?从输入开始,经过一个功分器后分为两路Doherty提升效率都是指其可以提升回退功率时的效率。源是指实现负载牵引的电路元件是有源器件,在Doherty里就是指功放管。

  最近一直在加班定位问题,搞得人精疲力竭,这系列的文章更新的慢了。今天准备把经典的两路Doherty功放原理做个介绍,力图不用公式,把原理说明白就行。上一回把负载牵引的原理大致说了一下,解释了负载牵引提升效率的机理。这回就书接前文,先把Doherty如何提升效率简单做个说明,然后把有源负载牵引讲一下,进而说明有源负载牵引如何提升Doherty回退时的效率。

  Doherty如何提升效率?

  直接看图2-1。该图是一个典型的两路Doherty。容我略做介绍。从输入开始(作图匆忙,图中未标,就是最左边那个节点),信号经过一个功分器后分为两路,其一路我们称为Carrier路,亦称主路;其二路叫做Peak路,又唤辅路。这两路信号最终在一个叫合路点(就是图中两路信号输出交点处)的地方汇聚(就像长江黄河同出一源(有待考证),最后又汇于汪洋大海一样),然后浩浩荡荡流入负载。

  详析Doherty功放设计之如何提升效率(下)

  图2-1 典型两路Doherty架构

  其实说Doherty提升效率都是指其可以提升回退功率时的效率。如第一回所讲,现在的通信信号都具有高的峰均比,功放大都在均值功率处工作。举个例子,比如信号峰均比是6dB,平均功率是100W,那么功放的输出功率最高就要达到400W,因此如果你用一个400W的AB类功放回退到100W工作,那效率低的你自己都怕。因此呢对Doherty架构来讲,其一,总的输出功率是由两个(或更多)的功放管非隔离合路在一起的。如上图中的Carrier和Peak两个管子一起提供输出功率。如此每个管子输出功率就不需要那么大了;其二,在输出均值功率时(回退时),通常只有一个功放管在工作(如上图中只有Carrier管子,Peak关断),这个管子在输出该等级功率时的效率较高,比普通AB类回退要高近30%。以上图为例,来说下Doherty的工作过程。我们从满功率状态向均值功率回退。在满功率状态时carrier路和Peak路都饱和输出,当输出功率慢慢变小时,peak路逐渐关断,Carrier路的负载阻抗较饱和工作状态时变大,这样当功率回退到均值功率时,虽然Carrier电流较负载不变时减小,但其电压摆幅却因为负载阻抗变大而变大,这样也能获得同样的输出功率,但此时效率却大大提升。

  上面解释了Doherty为何能在回退功率处提升效率---回退功率时负载阻抗变大,下面说下其“负载阻抗变大”所依赖的有源负载牵引。

  何为有源负载牵引?

  我们分开看就是:有源+负载牵引。负载牵引已经说过了,那么有源语出何处呢?其实有源是指实现负载牵引的电路元件是有源器件,在Doherty里就是指功放管。 我们这里做个约定,就是Carrier路和Peak路的功放可以等效为电流源(目前为止是可以的)。有了这个约定后,我们来分析有源牵引的工作过程。如图2-2所示,将主路和辅路功放等效为两个电流源,分别起名为Im,Ip。,二者的共同负载阻抗为R。

详析Doherty功放设计之如何提升效率(下)

  图2-2有源负载牵引示意图

  如此,负载上的电压就是由两部分电流在其上面所产压降的叠加。我们现在来做个情景模拟。首先假设电流Ip为0,那么此时只有电流Im流过负载R,负载上的电压V就是Im*R。换言之,从电流源Im向负载方向看过去的阻抗Zm此刻等于V/Im,也就是等于负载阻抗R。好了,接下来我们假设电流Ip从无电流状态慢慢的流出电流到负载,此时从电流源Im看向负载的阻抗Zm是多少呢?还是用电压除以电流嘛。此刻负载上电压是(Im+Ip)*R,电流是Im(这点很重要,因为从电流源Im这一侧看到流入负载的电流一直是Im,没有变化的),那么此时的Zm就是(1+Ip/Im)*R了。聪明的你会发现,电流源Ip对电流源Im的视在阻抗进行了调制(牵引)。假设两电流源的电流大小一样,那么当辅路电流为0时,主路的视在阻抗为负载阻抗R,辅路的视在阻抗为开路状态;当辅路逐渐开启,电流Ip由小变大时主路的视在阻抗由R变为2R。这样通过辅路电流注入的变换就完成了对主路视在阻抗的调制。啰嗦那么多是想在不写公式的情况下把这个有源负载牵引的过程说清楚。其实上面的一堆就是下面的一个式子(还是数学简洁啊),愿意看的请移步。

  详析Doherty功放设计之如何提升效率(下)

  有人看了上面的乱七八糟的东西,可能心生疑问:这些和Doherty功放提升回退效率如何对应呢?接下来就说一下Doherty里如何进行负载牵引(准确的说是对Carrier路),进而提升回退效率的。为了方面,把图2-1重新贴于此处。

详析Doherty功放设计之如何提升效率(下)

  我们以最经典的两路对称Doherty来讲,此时功分器是3dB等功分,主路和辅路所用功放管是相同的(匹配亦相同)。在输入信号比较小的时候(也就是说输出功率不大时),Peak路是关断的,不工作,没有电流。此时从合路点向Peak路看过去的阻抗Rp为无穷大,为开路状态。当输入信号功率慢慢增加,peak路开始打开,有电流流入负载。如前分析,此时主路看到的阻抗Rm就开始慢慢变大,当两路都饱和时,Rm就变为了2R。这个过程就是Peak路对Carrier路的有源负载牵引。那么有人此时可能有会有疑问:不是说Doherty是提升回退状态(输出较小功率)下的效率吗?按你这种分析好像恰恰相反,输出功率变大,Carrier路的负载阻抗变大(效率变大),回退功率时(Peak路减小输出)负载阻抗变小(效率变低)。很好,其实细心的同学会发现,在Carrier路中,功放输出后有个叫阻抗变换器的东西。这个东西其实就是一个无源电路,通常理论分析时用一个1/4波长的变换线来代替。有学过射频的同学应该都清楚,1/4波长变换线特征阻抗确定后,其两端的阻抗是反比关系的,也就是一端阻抗由小变大那么另一端就是由大变小。

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GaN将于未来5~10年成为3W以上RF功率应用的主流技术,未来5G时代,手机功率放大器采用的半导体...

发表于 2017-07-27 10:49 1764次阅读
GaN将成PA主流技术,这家美国公司恐成最大赢家

用男女关系这样来看电路,真是绝了!

初恋的男人的心就像个最简单的信号放大器,女人控制着输入端。你一个最微小的快乐信号都能给他带来极大的幸...

发表于 2017-06-12 10:17 3288次阅读
用男女关系这样来看电路,真是绝了!

功率放大器的阻抗匹配、防护措施、使用技巧及特点

对于主要作用是向负载提供功率的放大电路通常称为功率放大电路,其主要特点如下:一是输出功率是指交变电压...

发表于 2017-05-11 11:41 692次阅读
功率放大器的阻抗匹配、防护措施、使用技巧及特点

功率放大器的性能指标,功率放大器的应用

功率放大器简称功放,可以说是各类音响器材中最大的一个家族了,其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进...

发表于 2017-05-11 11:03 633次阅读
功率放大器的性能指标,功率放大器的应用

功率放大器的分类及其参数

功率放大器(简称:功放)(Power Amplifier)“功率放大器”,顾名思义,是将“功率”放大...

发表于 2017-05-11 10:33 2978次阅读
功率放大器的分类及其参数

功率放大器的基本组成和功放所用有源器件的组成

功率放大器(英文名称:power amplifier),简称“功放”,是指在给定失真率条件下,能产生...

发表于 2017-05-11 09:34 1931次阅读
功率放大器的基本组成和功放所用有源器件的组成

功率放大器选择时需要注意哪些指标?

功率放大器(power amplifier,简称“功放”)指在给定失真率条件下,能产生最大功率输出以...

发表于 2017-01-09 15:10 1623次阅读
功率放大器选择时需要注意哪些指标?

电压放大器和功率放大器的典型故障分析

为了更快的找到放大器的故障,我们有必要按照一种标准的程序来进行检查:送测试信号到输入端,使用交流电表...

发表于 2016-12-05 09:59 631次阅读
电压放大器和功率放大器的典型故障分析

Qorvo发布用于高级雷达系统的紧凑型GaN功率...

RF解决方案提供商Qorvo10月21日宣布,推出两款全新的功率放大器(PA),包括可以在内部匹配5...

发表于 2016-10-24 14:54 401次阅读
Qorvo发布用于高级雷达系统的紧凑型GaN功率...

从3G到4G,不可忽视的功放元件!

目前手机正从3G过渡到4G,而提到4G时代的关键零组件,则不可忽视4G芯片、功率放大器(Power ...

发表于 2016-06-08 13:43 1353次阅读
从3G到4G,不可忽视的功放元件!

Qualcomm Technologies推出下...

Qualcomm Incorporated(NASDAQ: QCOM)今日宣布,其子公司Qualco...

发表于 2016-02-19 11:17 727次阅读
Qualcomm Technologies推出下...

Qorvo802.11ac功率放大器助力领先Wi...

移动设备、基础设施与航空航天、国防应用中RF解决方案的领先供应商Qorvo,Inc.(纳斯达克代码:...

发表于 2016-02-18 11:51 548次阅读
Qorvo802.11ac功率放大器助力领先Wi...

Qorvo公司荣获2015年《电子产品世界》编辑...

Qorvo公司(纳斯达克代码:QRVO)是一家领先的移动设备、基础设施与航空航天、国防应用中核心技术...

发表于 2015-12-18 11:38 425次阅读
Qorvo公司荣获2015年《电子产品世界》编辑...

汽车功放电路设计解析—电路图天天读(281)

功放作为各类音响器材中的大块头,它主要是将音源器材输入的较弱信号进行放大后,产生足够大的电流去推动扬...

发表于 2015-11-12 18:17 12982次阅读
汽车功放电路设计解析—电路图天天读(281)

改善RF信号质量的电源线噪声对策

以智能手机为首的移动无线终端的Power Amplifier (PA)中,为了抑制不必要的辐射(频带...

发表于 2015-10-25 17:33 575次阅读
改善RF信号质量的电源线噪声对策

D类功率放大器电路设计与调试

D类放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM或PDM的脉冲信号,然后用PWM的脉冲...

发表于 2015-09-14 14:28 1096次阅读
D类功率放大器电路设计与调试

Qorvo推出GaN/GaAs混合点对点功率放大...

为无线基础设施提供更高的数据吞吐速率

发表于 2015-08-19 11:22 312次阅读
Qorvo推出GaN/GaAs混合点对点功率放大...

D类功放系统结构与电路设计解析 —电路图天天读(...

本系统由高效率功率放大器、信号变换电路、外接测试仪表组成,是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变...

发表于 2015-08-18 11:36 6693次阅读
D类功放系统结构与电路设计解析 —电路图天天读(...

功率放大器市场开启乱战模式 前景依然乐观

功率放大器主要应用于需要频宽的电子产品或设备上,例如手机、平板电脑等,其中手机为最大的应用市场。不管...

发表于 2015-08-18 08:29 442次阅读
功率放大器市场开启乱战模式 前景依然乐观

功率放大器靠手机吃大单 进入战国时代

不管是手机、平板,甚至笔记型电脑,只要具备射频功能,就需要用到功率放大器。随着大量数据传输稳定与快速...

发表于 2015-08-15 20:50 474次阅读
功率放大器靠手机吃大单 进入战国时代

4G-LTE系统中反向Doherty功率放大器设...

随着通信系统的快速发展,当下各国都在加速4G网络发展的步伐。更高速,更优质,更灵活的众多优点,让4G...

发表于 2015-08-13 14:41 595次阅读
4G-LTE系统中反向Doherty功率放大器设...

Qorvo推出业界最高效率功率放大器以提高小型蜂...

新产品可增强性能并扩充4G LTE网络的容量

发表于 2015-08-10 13:57 230次阅读
Qorvo推出业界最高效率功率放大器以提高小型蜂...

ADI推出2-50 GHz分布式功率放大器

Analog Devices, Inc.,全球领先的高性能信号处理解决方案供应商,近日推出HMC11...

发表于 2015-07-15 10:12 1008次阅读
ADI推出2-50 GHz分布式功率放大器

剖析一种新颖射频功放电路结构设计

本文提出一种新颖的射频功率放大器电路结构,使用一个射频功率放大器实现GSM/DCS双频段功率放大功能...

发表于 2015-03-30 11:13 5152次阅读
剖析一种新颖射频功放电路结构设计

双晶探头及射频方式检测攻略

近日,不少客户在利用双晶探头对薄板母材探伤的过程中,打电话给我们咨询如何正确选择和使用双晶探头探伤。...

发表于 2015-03-19 10:29 729次阅读
双晶探头及射频方式检测攻略

无线局域网中的功率放大器测试方案

目前的802.11ac WLAN标准,可在单一射频通道提供高达867Mbps的数据传输率,并在使用M...

发表于 2015-01-09 15:11 1088次阅读
无线局域网中的功率放大器测试方案

超级广场效果的耳机放大器电路设计

头戴式耳机,尤其是小型耳机听音乐,总感到音乐味不够足,在低频段的效果更差。因此用本机增强耳机的低频特...

发表于 2014-10-09 15:36 2223次阅读
超级广场效果的耳机放大器电路设计

射频前端小信号电路优化设计

WLAN射频前端功率放大器在WLAN技术当中起着重要的作用,它是发射机所必须的设备之一。

发表于 2014-09-28 10:22 1520次阅读
射频前端小信号电路优化设计

智能无线充电器电路设计

无线充电器利用电磁感应原理。通过NE555D芯片产生一个36.7K的脉冲频率(因为经过调试在36.7...

发表于 2014-09-10 10:29 9223次阅读
智能无线充电器电路设计