5.8 GHz全集成功率放大器在802.11a WLAN系统中的设计

"这篇论文介绍了一款针对802.11a WLAN系统的5.8GHz全集成功率放大器的设计与实现。该放大器在0.18微米射频CMOS工艺中制造，由一个级联的D类预放大器和一个E类放大器组成，用于驱动输出功率级。设计的功率放大器能提供13.86dBm的输出功率，功率附加效率（PAE）为20%，增益为26.66dB。" 在无线通信领域，功率放大器（PA）是无线发射机中的关键组件，负责将信号放大到足够的功率级别以进行有效的无线传输。尤其是在高数据速率需求的无线局域网络（WLAN）中，如IEEE 802.11a标准，这种需求推动了对更高效、性能更优的功率放大器的研究。 论文标题提及的"power amplifier"是指一种用于提高无线信号功率的电子设备，尤其在5.8GHz频率下工作，这对应于802.11a标准的一个频段，该标准支持高达54Mbps的数据传输速度。在5GHz的未授权国家信息基础设施（UNII）频段中，这样的功率放大器对于实现高速无线连接至关重要。 描述中提到的"PA design"涉及到的具体设计是采用了一个级联的D类预放大器和E类放大器。D类放大器以其高效率而著称，通常用于音频应用，但在射频领域，它们可以被优化以处理快速开关的信号，具有较低的静态功耗。E类放大器则是一种效率极高的功率放大器拓扑结构，它通过精确控制器件的工作状态，使得器件在开关状态的过渡阶段几乎不消耗功率，从而提高效率。 图1展示了E类功率放大器的基本结构，其中活性器件（通常是晶体管）充当开关角色。输入信号Vint以大约50%的占空比切换开关，这意味着在每个周期内，开关有相等的时间处于开和关状态。这种操作模式在保持高效率的同时，能够提供所需的功率输出。 设计的功率放大器能提供13.86dBm的输出功率，这是一个衡量放大器输出能力的指标，相当于约20毫瓦。同时，功率附加效率（PAE）为20%，意味着20%的电源能量被有效地转换成了无线信号的功率，这是衡量放大器能源效率的关键指标。此外，放大器的增益为26.66dB，表示放大器可以将输入信号放大26.66dB，即大约17倍。 这款5.8GHz的全集成功率放大器设计旨在满足802.11a标准对高效能、高数据速率无线通信的需求。通过结合D类和E类放大器的优点，实现了在特定频率下的高功率输出和高效能，对于提升WLAN设备的性能和电池寿命具有重要意义。