基于专用晶体管的非对称Doherty技术

引言

通用对称Doherty放大器现已在蜂窝基站中广泛使用。

飞思卡尔半导体针对2.11GHz~2.17GHz频段的3G市场推出的方案是，提供包含两个专用LDMOS器件的芯片集，用于非对称Doherty拓扑。该放大器的目标是要实现56dBm的峰值功率，以便在放大器输出实现50W~60W的平均功率，并提供适当余量以使用当前的3G信号：峰均功率比(PAR)在6dB~7dB之间的两个WCDMA载频。

现有设计要与更高性能的放大器之间实现平滑过渡，必须采用下列设计选项：在载频和峰值器件之间应用1dB非对称电平，优化内部匹配网络来允许宽带放大器设计(是规定带宽的3倍)。此外，为提高视频带宽(VBW)，减少对存储器的影响，抑制调整和简化放大器设计人员的现场工作，专门设计了特定偏置电路，集成在晶体管中。

综合偏置法

AB类偏置电路是为了给RF晶体管栅极提供一个电压，以固定静电流(Idq)。为实现这一目的，必须在带RF晶体管的相同芯片上集成小型参考晶体管，并在其里面注入静电流刻度值。该参考的栅压复制到RF晶体管栅极。在参考和RF晶体管之间插入一个缓冲器，以视频频率提供很低的阻抗，从而抑制任何外部栅极解耦。缓冲器电压直接从RF晶体管(Vdd)的漏极中获取。此类配置提供理想的、非常快速的热补偿，这在外部是不能实现的。

图1所示为偏置电路的电气示意图。

图1 偏置电路电气示意图

在Doherty中，载流子(主)放大器使用AB类偏置，峰值(从)放大器将使用C类偏置。设置峰值偏置的常用方法是，评估AB类栅压，然后应用固定的电压增量来控制峰值开始出现的点。C类偏置由原来的AB类偏置电路演变而来，AB类设置通常在内部是固定的，Vdelta 是唯一可外部控制的。在这两个偏置电路中，可轻松发现它们还提供流程补偿，在生产中不需要任何调整。

载流子和峰化晶体管

载流子和峰化晶体管设计用于满足综合偏置电路的要求，同时允许宽频匹配和高阻抗。图2所示为一个载流子晶体管的内部示意图，其中活动芯片包括RF晶体管、偏置电路和输入预匹配元素。

图2 载流子(主)晶体管示意图

输入口添加了系列电容器，以便将栅压与外部控制电压隔开，从而允许使用常规的2引脚封装。输出预匹配基于一个2小区的网络，同时实现高阻抗和宽带功能。

峰值晶体管基于相同技术，只不过它采用C类偏置电路。预匹配单元只需略微修改，就能适应载流子和峰化器件(1dB)之间栅极外设的不同。峰值晶体管内部示意图如图3所示。

图3 峰值(从)晶体管示意图

与占用几乎相同硅面积的载流子芯片相比，峰值芯片由于利用Doherty操作中峰值晶体管功耗更低这一优势，因而密度更紧凑。因此，两个晶体管可采用相同的封装。以这两款晶体管为基础设计了单体放大器，并从RF和DC的角度验证了其性能。功耗为1dB时，载流子晶体管的功率为160W，而峰值晶体管的功率为200W。两个偏置电路的热补偿在AB类中几乎都非常理想(峰值晶体管用Vdelta=0V来测试)。值得注意的是，LDMOS晶体管里门限电压的热系数与电流有关。AB类和C类中需要应用不同的系数。