JSSC 2023第5期RF & Wireless45-nm CMOS SOIPower Amplifier

A Millimeter-Wave Three-Way Doherty Power Amplifier for 5G NR OFDM Xiaohan Zhang

一种用于5G NR OFDM的毫米波三路Doherty功率放大器，具有高效率和低失真特性。

38 GHz, 13.7%/11.0% PAE at 9.5-/11.5-dB back-off, 11.3 dBm average output power, 14.7% average efficiency, -25-dB EVM

毫米波Doherty功率放大器5G NROFDMCMOS SOI

▸创新点1：毫米波三路Doherty输出网络设计（方法创新）。提出了一种新型的三路Doherty输出网络合成方法，能够在38 GHz毫米波频段实现接近理想的三路Doherty操作，显著提高了功率放大器的回退效率。该方法通过优化网络结构，实现了13.7%/11.0%的功率附加效率（PAE）在9.5/11.5 dB回退点。

▸创新点2：降低回退时的阻抗变换比（电路创新）。通过创新的网络合成方法，有效降低了回退工作点时的阻抗变换比，从而减少了匹配网络的损耗，提升了整体效率。这一技术使得在5G NR OFDM信号下实现了14.7%的平均效率和11.3 dBm的平均输出功率。

▸创新点3：直接吸收器件寄生电容（电路创新）。提出了一种新颖的电路设计技术，能够直接吸收功率器件中的寄生电容，避免了传统设计中寄生电容对性能的负面影响，从而提高了电路的稳定性和效率。

▸创新点4：设计鲁棒性与可靠性验证（系统创新）。通过多样品测试和PA寿命测试，验证了设计的鲁棒性和可靠性，展示了其在5G NR FR2 64-QAM OFDM信号下的优异性能（-25 dB EVM），为毫米波PA的实际应用提供了有力支持。

Abstract

This article presents a millimeter-wave (mmWave) three-way Doherty output network and its silicon implementation at 38 GHz for 5G new radio (NR) orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM). The proposed network synthesis method- ology can realize impedance levels that are close to the ideal three-way Doherty operation, reduce the impedance transforma- tion ratio at back-off, and directly absorb the device’s parasitic capacitance. Its design procedure and tradeoffs are discussed in detail.