高速/高頻混合信號半導體工藝技術的最新發展促成了完全集成的無線LAN(WLAN)發射器的問世，尤其是采用計算發生調制技術的發射器。全集成發射器與計算發生調制技術的結合又推動了高效率開關模式功率放大器在先進調制方案中的應用，這種應用在以前認為是不適宜的。這一發展為“用非線性器件實現線性放大(LINC)”功率放大器架構提供了一顯身手的舞臺，該架構能夠在高數據速率的WLAN應用中實現最高的效率、輸出功率和性能。

基于LINC的功率放大器架構將開關模式功率放大器與附加計算引擎的使用結合起來，以放大具有相位調制和幅度調制的信號，如正交幅度調制(QAM)和多載波正交頻分多路復用技術(OFDM)。多載波調制方案(如OFDM)對收發器的模擬RF部分有嚴格的線性要求。對收發器中的功率放大器而言，由于相應的高輸出功率水平要求，這一嚴格的線性度要求就顯得更加苛刻。混合信號IC出現以后，便可在基于附加的計算引擎，將集成線性化技術用于功率放大器。

上面所提到的是將RF與計算電路集成在單個CMOS(或Bi-CMOS)芯片中。與之不同，基于外部砷化鎵(GaAs)的功率放大器具有一些顯著的優點。本文將探討獨立GaAs功率放大器相對于集成硅方案的好處，之后將介紹三類GaAs開關模式放大器，通過功率放大器的配套CMOS(或Bi-CMOS)收發器芯片中適當的LINC計算電路，它們可與先進的調制方案(如多載波調制)配合使用。本文還提供了工作于5GHz的F類開關模式功率放大器的性能仿真。

GaAs功率放大器優點分析

盡管硅CMOS功率放大器對全集成發射器似乎很有吸引力，但外部GaAs功率放大器除具有襯底隔離之外，還提供其它一些顯著優點。

GaAs放大器最大的優點是具有更高的載波移動性，因而可獲得比硅更高的ft和fmax ，并允許在任何特定頻率上使用具有更高擊穿電壓、外形更大的器件。這進而又允許在任何給定的輸出功率下使用更高的偏置電壓及相應更低的電流。低電流可減少源極和漏極寄生電容，這類寄生電容限定了高工作頻率，為開關模式放大器帶來了很大問題。

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GaAs的跨導gm也比硅CMOS要高得多。跨導越大，放大器每階獲得的增益就越大。這樣，對于任何特定的增益要求就可使用更少的階數，從而減小裸片面積并降低系統整體成本。與硅CMOS器件相比，GaAs pHEMT器件的輸入阻抗匹配要更容易，因此可降低多余的不匹配功率損耗，減小無源匹配電路所需的裸片面積，并進一步降低整體成本。GaAs工藝所用的金屬層(金)比硅CMOS所用的金屬層(鋁和銅)具有更低的阻抗。因此，無源匹配電路中的螺旋形電感和MIM電容可提供更高的Qs和更低的損耗。與硅相比，這種GaAs半絕緣襯底也是這種電感及MIM電容具有更高Qs和更低損耗的一個原因。最后，這種半絕緣襯底還可減小晶體管的源極和漏極寄生電容，從而使GaAs器件在給定的頻率下具有較硅CMOS更高的效率。

綜合上述優點，可以清楚地看出GaAs工藝在微波功率放大器的應用中具有很大的優勢。除了獨立的線性放大器外，GaAs在開關模式功率放大器的應用中也體現出強大的優勢。由于在配套的CMOS(或BiCMOS)收發器芯片中使用了適當的LINC計算引擎，這些開關模式功率放大器對高速數據速率應用中的高級調制方案而言很有吸引力。

開關模式功率放大器

在WLAN設計中，有六類GaAs功率放大器：A類、B類、A/B類、D類、E類 及F類。開關模式D、E和F類放大器比其同類線性A、B或A/B類放大器具有更高的效率，但輸出阻抗很低或是時變的。這時，如果輸出端子上有壓降，則可通過限制(或不允許)電流通過有源器件來獲得高效率。如果有電流流過該器件，則可通過限制(或不允許)其輸出端子上的電壓來提高效率。再來仔細看看D、E和F類放大器。圖1所示為一個D類放大器的變壓器耦合電壓開關配置，其電壓及電流波形如圖2所示。