JSSC 2024第12期RF & Wireless40nmPower Amplifier

A Chain-Weaver Balanced Power Amplifier With an Embedded ImpedancePower Sensor M

一种具有嵌入式阻抗/功率传感器的毫米波链式平衡功率放大器，提升线性度和增益稳健性。

40nm CMOS, 25.19-dBm PSAT, 16.19% PAE, -30.3dB EVM

毫米波功率放大器阻抗传感器VSWR容限CMOS

▸创新点1：嵌入式阻抗/功率传感器设计（电路创新）。该设计在功率放大器中集成了阻抗和功率传感器，能够实时监测输出功率和负载阻抗，用于输出功率调节、自测试和负载优化，最大角度误差为12.3°，幅度误差为0.106，精度优于现有技术。

▸创新点2：链式平衡结构提升VSWR容限（系统创新）。通过链式平衡结构，PA在阻抗失配时提供N个均匀分布在VSWR圆上的负载，使PA性能成为N个不同负载下的平均值，显著增强了PA对频率/时间依赖性VSWR的鲁棒性，实测小信号增益变化在VSWR 3:1条件下仅为±0.7 dB。

▸创新点3：支持多种调制信号的高线性度输出（系统创新）。该PA能够支持2-GHz 64-QAM OFDM信号和800-MHz 256-QAM OFDM信号，分别实现16-dBm和12.17-dBm的平均输出功率，EVM分别优于-25 dB和-30.3 dB，展示了其在复杂调制信号下的优异线性度。

▸创新点4：宽带宽下的AM-PM性能优化（电路创新）。在3-GHz带宽内，PA在VSWR 3:1条件下的AM-PM失真小于2.8°，显著提升了信号传输的相位稳定性，适用于高频宽带应用场景。

Abstract

This article introduces an N-way chain-weaver balanced power amplifier (PA) for millimeter-wave (mm-wave) phased-array transmitters (TXs). Taking advantage of the pro- posed combining network, an embedded impedance/power sensor is implemented, which can be utilized for output power regula- tion, built-in self-test, and load-based performance optimization. The proposed PA architecture offers linearity and gain robustness under the antenna’s frequency/time-dependent voltage standing wave ratio (VS