一种用于5G毫米波应用的双频可重构滤波功率放大器

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：A Dual-Band Reconfigurable Filtering Power Amplifier for 5G mmWave Applications

可重构5G毫米波PA设计采用三线圈变压器实现高Q值宽带输出匹配网络，提升高频能效，并创新两种输入/级间可重构谐振器拓扑，通过开关电容与电感谐振协同滤波降低损耗，集成在28nm CMOS中实现18.4-20.2dBm P_sat、13.7-19dBm OP1dB及24.5%-34.7% PAE，适用于FR2 200MHz 64-QAM信号和相控阵应用，核心面积仅0.109mm2。

　　

摘要：

本文介绍了一种用于第五代（5G）毫米波双端本振（LO）注入系统的频率可重构功率放大器（PA），该放大器有效降低了LO设计的复杂性。文中提出了一种三线圈变压器，用于设计高Q值的宽带输出匹配网络（OMN），从而提高了高频段的功率效率。此外，还提出了两种不同的可重构谐振器拓扑结构，用于输入匹配网络和级间匹配网络的设计。这些谐振器通过利用关断电容与电感谐振相结合的方式实现了滤波功能，同时保持了较低的电路损耗。重要的是，这种设计方法将滤波功能内置于匹配网络中，而不会增加额外的面积开销。所提出的PA采用28纳米体硅CMOS工艺实现，其在n257–n261频段内的输出功率达到18.4–20.2 dBm，功率附加效率（PAE）为24.5%–34.7%。该PA的最大镜像/本振抑制比（LOR）为38.5/28.5 dBc。对于5G新无线电（NR）频段2（FR2）中的200 MHz 64-QAM信号（9.7 dB PAPR），PA在n257–n261频段内的平均输出功率（Pout）为7.3 dBm以上，功率附加效率（PAE）超过5.2%，EVMrms为-25 dB。该PA的核心面积为0.109 mm2，非常适合用于成本效益高、产量大的5G用户设备（UE）和大规模相控阵应用。