新一年的集創賽已如火如荼的展開~

為了讓大家更多的了解該賽事，小編整理了2021年的優秀作品供學習分享

在每周一為大家分享獲獎作品，記得來看連載喲 ~

團隊介紹

參賽單位：電子科技大學

隊伍名稱：PA調得隊

指導老師：王政

參賽隊員：倪夢虎、楊茂旋、張振翼

總決賽獎項：一等獎

1.項目簡介

在實際的通信系統中，應用得最廣的還屬系統級的功放電路。所謂“系統級功放”主要是相對于單管功放電路而言，它們通常是由多個功率晶體管組成，共同實現對信號的功率放大，并且通過這幾個單管電路之間的相互作用，來獲得效率、線性等射頻性能的提升。

我們設計了一種工作于28GHz的Outphaisng功率放大器，并采用Global Foundries 45nmSOI CMOS工藝對其中電路進行了具體設計、版圖繪制與仿真，結果均達到了比賽題目的要求。我們從文獻調研出發，首先調研主流的提升PA效率的技術，之后調研了近些年的Doherty PA與Outphasing PA的文章。之后分析了Outphaisng PA與Chireix補償的數學原理，其中重點關注了了PA輸出阻抗的影響，了解了傳統電壓型Outphasing PA的局限性。在此之上分析了電流型Outphasing PA的數學原理，并推導出了其理想效率。

我們首先設計了一種傳統的電壓型Outphaisng PA，其中支路PA采用差分共源結構，使用了理想變壓器實現的功率合成器，能夠達到了賽題指標，但在實現了實際的電壓型功率合成器后，會顯著惡化PA 的 PAE。

之后，我們設計了一種新型的逆向電流型Outphaisng PA，支路PA采用差分Cascode結構，顯著提高了輸出功率，引入了新型的信號調制方式，最終整體Outphaisng PA可以達到23.01dBm的飽和輸出功率，44.1%的峰值PAE，功率回退(PBO)6dB時PAE為29.5%，輸出1dB壓縮點為20.5dBm，小信號增益為17.9dB，充分體現了Outphasing技術在功率回退時提高效率的特點，整體性能優良，性能全部達到了比賽要求。

系統架構圖

功能驗證

2.技術創新點

1.在電壓型OPA設計時，我們設計并分析了變壓器combine進行功率合成的問題

2.在單路PA設計時，我們采用了包絡電荷加速技術在內的多種技術來提高性能

3.在電流型OPA設計時，探索并實現了額外的信號調制模式，實現更高的峰值效率

最終，完成了版圖級的實現，各項指標均有不錯的效果

3.參賽體會

在比賽過程中，我們對軟硬件開發在設計思路、開發難度與耗時上的區別有了極為切身的體會，完整經歷了系統從設計、改進到最終實現的過程。本次大賽作為全國性頂尖賽事，云集了來自全國各地高校優秀的大學生，使我們能夠與未來的集成電路行業后備軍同臺競技，相互交流，極大提升了自己的視野與能力。非常感謝本次賽事組委會的工作人員和老師們的高效組織工作與指導，讓我們能夠參與到這樣的大賽之中展示自身的風采，接觸當前的前沿技術與設計潮流。

4.后續工作

包括進行更充分的EM仿真，對關鍵無源模塊，晶體管走線，整體版圖進一步優化;對信號發生部分，通過verilog A進行實現;研究電壓型Outphaisng PA的功率合成器效率隨異相角效率下降的原因，探索電流型與電壓型Outphaisng功率放大器的優點結合;數字預失真處理，進一步提高線性度，完成整體Outphaisng功率放大器系統的仿真。

原文標題：【2021集創賽作品分享】第十一期 | 一種28GHz高能效Outphasing PA設計

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審核編輯：湯梓紅