JSSC 2022第5期RF & Wireless28nmPower Amplifier

Single Transformer-Based Compact Doherty Power Ampliﬁers for 5G RF Phased-Array

28nm CMOS工艺下基于单变压器的紧凑型Doherty功率放大器，适用于5G毫米波频段。

28nm CMOS, 27GHz, >18.8dBm POUT, >30% PAE

Doherty功率放大器5G毫米波CMOS变压器

▸创新点1：单变压器输出匹配网络（电路创新）。采用单一变压器结构替代传统多级匹配网络，显著减小芯片面积（仅640μm×250μm），同时实现宽带特性（覆盖24.5–29.5GHz），相比传统并联/串联组合拓扑节省50%以上面积。

▸创新点2：等效四分之一波长线集成技术（方法创新）。通过将等效λ/4传输线嵌入载波与峰值放大器间，有效吸收晶体管输出寄生电容，解决了毫米波频段寄生效应导致的带宽限制问题，使PAE在27GHz达30%。

▸创新点3：宽带并行组合紧凑设计（系统创新）。创新性融合并行功率合成与Doherty架构，在28nm CMOS工艺下实现18.8dBm饱和输出功率，支持5G NR 100MHz信号时保持20.2%平均PAE，首次集成至32通道相控阵收发机。

▸创新点4：毫米波相控阵集成突破（系统创新）。首次实现Doherty PA与32通道RF相控阵收发器单芯片集成（10.2mm×6.4mm），每通道功耗仅120mW@10dBm输出，为5G n257/n258/n261频段提供高能效解决方案。

Abstract

We present a broadband parallel-combined compact Doherty power ampliﬁer (PA) in a 28-nm bulk complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) device technology for ﬁfth- generation (5G) millimeter-wave (mm-Wave) frequency band (n257, n258, and n261) applications. The proposed Doherty PA has a single transformer (TF)-based output matching network and an equivalent quarter-wavelength line placed between the carrier and peaking ampliﬁers, absorbing transistors’ output parasitic capacitances. Therefor