دانلود ترجمه مقاله یک مرحله Class-G کارآمد برای سوئیچینگ برنامه های تقویت کننده توان RF (آی تریپل ای 2018)

یک مرحله Class-G کارآمد برای سوئیچینگ برنامه های تقویت کننده توان RF

An Efficient Class-G Stage for Switching RF Power Amplifier Applications

چکیده

1 معرفی

2 تقویت کننده توان خازن-سوئیچی کلاس-G

3 تقویت کننده توان کلاس-G پیشنهادی

4 تقویت کننده توان کلاس-G انباشته

5 نتیجه گیری

منابع

چکیده

یک طبقه کارآمد (پربازده) کلاس-G مبتنی بر یک تقویت کننده توان (PA) کلاس-D برای اپلیکیشن های RF PA سوئیچینگ توصیف شده است. کلاس-G با معرفی یک ترانزیستور اضافی در یک PA کلاس-D کسکد شده، راه-اندازی شده است که می تواند باعث کاهش مساحت و همچنین افزایش راندمان در مقایسه با طرح های کلاس-G قبلی شود. به علاوه، یک راه اندازی سوئیچینگ چند-سطحی پیشنهاد شده است که راه اندازی PA کلاس-G انباشته (روی هم سوار شده) را بدون استفاده از هر سوئیچ اضافه ای فراهم می کند. PA انباشته نیاز به ولتاژ تغذیه اضافی برای راه اندازی کلاس-G ندارد. راندمان و تلفات در طرح پیشنهادی و همچنین در طرح های متداول، در سطوح مختلف توان خروجی با استفاده از این ها در یک PA خازن-سوئیچی 5 بیتی (SCPA) تجزیه و تحلیل شده اند. همچنین یک طرح کلاس-G انباشته با ولتاژ تغذیه تکی با یک طرح کلاس-G دو تغذیه ای غیرانباشته مقایسه شده است. هر چند رویکرد پیشنهادی در یک SCPA بررسی شده است، اما این رویکرد می تواند به هر ساختار RF PA سوئیچینگی که از یک PA کلاس-D استفاده می کند، اعمال شود.

2. تقویت کننده توان خازن سوئیچی کلاس-G

شکل 2 یک طرح SCPA کلاس-G، با دو سطح تغذیه، و مدار معادل آن را نشان می دهد. طرح از N واحد طبقه PA تشکیل شده است، که در آن هر واحد طبقه PA، خازن بلاک کننده DC (CU) مخصوص به خودش را دارد، به طوری که اندازه خازن کل CTOT = N · CU است.  فرض کنید که تعداد n خازن  به یک سطح ولتاژ بالا (VH) سوئیچ شده اند، در حالی که تعداد N-n خازن به یک سطح ولتاژ پایین (VL) سوئیچ شده اند. با یک ولتاژ تغذیه تکی، n خازن به VDDH سوئیچ شده اند، در حالی که (N − n) خازن در GND نگه داشته شده اند. بطور موثر، مدار مانند اتصال سری دو خازن با مقادیر n · CU و (N − n) · CU به نظر می رسد، به همین دلیل دامنه خروجی توسط یک تقسیم کننده خازنی سری با نسبت n/N، مقیاس گذاری شده است. برای راه اندازی کلاس-G از سوئیچینگ تمام-تغذیه برای VOUT نرمالیزه شده از 0.5 تا 1 و سوئیچینگ نیم-تغذیه برای VOUT نرمالیزه شده از صفر تا 0.5 استفاده می شود. برای حالت سوئیچینگ نیم-تغذیه عملکرد مانند نوع ولتاژ تغذیه تکی است، هرچند، سوئینگ ولتاژ در خازن انتخابی سطح بالا، به جای VDDH، به VDD کاهش یافته است. بنابراین، دامنه خروجی نصف شده است و سوئینگ ولتاژ در خروجی به VDD کاهش یافته است. در یک SCPA، هر PA خازن بلاک کننده DC مخصوص به خودش را دارد. بنابراین ترکیب (ادغام) سوئیچینگ VDDH − GND و VDD − GND در حالت سوئیچینگ کامل، ممکن است (شکل b2، جدول ضمیمه). این همچنین در محدوده VOUT نرمالیزه شده از 0.5 تا 1، راندمان را بهبود می بخشد، چون سوئینگ ولتاژ در طول دو خازن سری به VDD کاهش می یابد. دامنه خروجی در این نوع توسط (N +n)/2N و n/2N به ترتیب برای حالت های تمام-سوئیچینگ و نیم-سوئیچینگ مقیاس گذاری شده است [2].

3.تقویت کننده توان کلاس-G پیشنهادی

معمولا از کسکد 4-ترانزیستوری برای پیاده سازی PAهای کلاس-D استفاده شده است [7], [8], [9], [10] (شکل a3). این طرح می تواند از یک ولتاژ تغذیه (VDDH) که دو برابر ولتاژ تغذیه فرآیند (VDD) است استفاده کند، بدون اینکه از هیچ ترانزیستوری با اکسید گیت ضخیم استفاده کند. یک طرح کلاس-G 6-ترانزیستوری (Tr-6) مبتنی بر یک PA کلاس-D در [2], [3], [4] توصیف شده است. در این طرح برای ایجاد مسیری به VDD، از دو ترانزیستور اضافی با اکسید گیت نازک (MP3 و MN3) استفاده شده است (شکل b3). PA کلاس-G شش-ترانزیستوری (Tr-6) می تواند بین VDDH و GND، و VDD و GND سوئیچ کند.

در PA کلاس-G شش-ترانزیستوری (Tr-6)، با کنترل مناسب گیت MP3 و MN3، از جریان نشتی در مسیر VDD جلوگیری می شود. هرچند، هنگامی که PA بین VDDH و GND سوئیچ می کند، این دیوایس ها باعث تلفات سوئیچینگ اضافی می شوند. عامل اصلی اتلاف MP3 است، زیرا این دیوایس معمولا از MN3 بزرگتر است و سورس و درین آن هر دو سوئیچینگ (در حال سوئیچ شدن) هستند. درین MP3 مستقیما به خروجی PA، VPA، متصل شده است و در سطح VDDH سوئیچ می شود، در حالی که سورس MP3 (سورس MN3) در سطح VDD − VTH.P سوئیچ می شود. بنابراین، اتلاف اضافی سوئیچینگ توسط این دیوایس ها (PSW add.6Tr) می تواند به این صورت بیان شود: