GaN功率放大器设计：内部I-V波形与波形工程

"这篇文章主要介绍了基于模型的GaN功率放大器设计基础知识，特别是关注非线性操作中的RF电流-电压(I-V)波形。文章涵盖了I-V波形的定义、功率放大器的工作类型、内部与外部I-V波形以及‘波形工程’在设计中的应用。同时，文中通过对比I-V曲线和I-V波形的不同，揭示了它们在分析设备非线性行为上的差异，并使用了Keysight ADS和Modelithics Qorvo GaN库模型进行了示例分析。" 在氮化镓(GaN)功率放大器的设计中，理解I-V波形至关重要，因为它们反映了器件在非线性操作下的行为。I-V波形描述的是电流与电压随时间变化的关系，这对于分析高频RF信号的放大过程非常有用。不同于I-V曲线，它只是在直流状态下电流与电压的静态关系，I-V波形则包含了交流成分，能够展示器件在RF信号作用下的动态响应。 功率放大器的工作类型对设计有显著影响。A类放大器在输入信号的整个周期内都有电流流过，而B类和C类放大器则在部分周期内无电流流动，从而提高了效率。AB类放大器是A类和B类的折衷，减少了失真并提高了效率。这些工作类型可以通过观察静态I-V特性图中的偏置点来识别，也可以通过分析I-V波形来理解。例如，A类放大器的I-V波形在整个周期内呈现连续的曲线，而C类放大器的波形则在某些时刻接近于零。 "波形工程"是一种设计策略，通过调整I-V波形来优化放大器性能，减少失真，提高效率或改善其他关键指标。这通常涉及到选择合适的偏置条件，以及可能的预失真技术来预先补偿放大器的非线性效应。 在实际应用中，内部I-V波形指的是晶体管内部的电流电压关系，而外部I-V波形则涉及放大器整体系统的行为，包括负载的影响。动态负载线是描述信号周期内负载阻抗如何改变电流-电压关系的图形表示。 通过使用仿真工具如Keysight ADS，设计师可以对GaN功率放大器的I-V波形进行建模和分析，这有助于优化设计，尤其是在考虑复杂射频系统中的性能和效率时。Modelithics Qorvo GaN库提供了精确的模型，使得设计师能够在早期设计阶段就准确预测GaN器件的行为，从而更有效地进行设计迭代和优化。