基于MASH结构的多级电源调制器设计

　　张良钿 鲍景富 黄洪云 电子科技大学 电子工程学院 (四川成都 611731)

　　摘要：本文设计并实现了一种基于MASH结构控制的多级电源调制器，该调制器具有超过100KHz的跟踪带宽以及高于87%的调制效率。

　　关键字：包络跟踪;电源调制器;多阶噪声成型;功率放大器

　　射频功率放大器被广泛应用于各种无线通信发射机中，影响着整个系统的性能。随着第三代移动通信系统的迅猛发展，对射频功放的效率和线性度提出了更高的要求。包络跟踪功放技术(ET)能有效提高功放的效率，越来越受到人们的重视。在包络跟踪功放中，末级RF功放晶体管由固定电压供电改为随已调RF信号的包络同步动态变化的电源供电，使得晶体管工作在临界饱和的线性区，从而提高功放效率。

　　ET技术

　　包络跟踪功放的原理如图1所示，可分为射频路径和包络路径。

　　射频路径是普通的线性功率放大器，虽然效率不高，但线性度很好，不对信号的幅值和相位产生失真。以B类线性功放为例，漏极效率可写为：

　　其中，是B类功放理论上的最大效率，Vrf是功放输出射频信号的包络，Vdd是功放漏极供电电压。如果Vdd=Vrf，那么功放就能获得理论上的最高效率。

　　包络路径能取样输入信号的包络，并控制一个电源调制器，使输出电压随信号包络同步变化，即Vdd=Vrf近似成立。因此如何设计一个高效的电源调制器成为包络跟踪功放技术研究的一个重要课题。

　　本文提出了一种基于多阶噪声成型(MASH)结构控制的电源调制器，该调制器跟踪带宽超过100KHz，直流转换效率高达87%，并具有很小的电源纹波。

　　MASH调制器

　　MASH通过将几个低阶的sigma-delta调制器级联而成，前一级的量化误差作为后一级的输入，这样通过误差校正函数可以将前几级的量化误差抵消，调制器的最终输出只保留最后一级的量化误差，并将该误差噪声整型到高频区，从而使得量化器的通带信噪比大大提高。

　　一个典型的2阶MASH调制器如图2所示。其中X(z)为输入信号， Y(z)为输出信号，Eq1(z)和Eq2(z)分别为2个1-bit量化器的量化误差。

　　一阶sigma-delta调制器的传输函数为：