JSSC 2025第12期RF & Wireless65nm

A Millimeter-Wave Direct Digital Transmitter Using Multiphase Subharmonic Switching PA

一种采用多相次谐波开关技术的毫米波直接数字发射机，实现高效率和宽信号带宽。

24 GHz, 19.2-dBm峰值输出功率, 38.3%峰值功率附加效率

毫米波直接数字发射机多相次谐波开关功率放大器64-QAM/256-QAM

▸创新点1：多相次谐波开关功率放大器（MP-SHS PA）——这是一种电路创新，通过多相次谐波开关技术实现高功率回退效率（PBO）和宽信号带宽，显著提升了毫米波发射机的能效和性能。在24 GHz工作频率下，实现了38.3%的峰值功率附加效率（PAE）。

▸创新点2：相位偏移次谐波本地振荡器分频器（Phase-Shifted SH LO Divider）——这是一种方法创新，通过在本地振荡器分频过程中引入额外的相位偏移，有效抑制了次谐波杂散（SH spurs），同时以最小的实现开销优化了系统性能。

▸创新点3：双速率混合数模转换器（Dual-Rate HDAC）——这是一种系统创新，结合噪声整形技术，降低了带内误差矢量幅度（EVM），支持高速数据传输（1.2/3.2 Gb/s），并实现了64-QAM和256-QAM调制下的高能效（22.3%/20.3%平均PAE）。

▸创新点4：整体系统集成与优化——通过将MP-SHS PA、相位偏移LO分频器和HDAC集成在65-nm CMOS工艺中，实现了高集成度和低功耗，为毫米波直接数字发射机提供了完整的解决方案。

Abstract

This article presents a direct digital transmitter (TX) employing a multiphase subharmonic switching (MP- SHS) power ampliﬁer (PA) to achieve both high peak and power back-o ﬀ (PBO) e ﬃciency with wide signal bandwidth. A phase-shifted subharmonic (SH) local oscillator (LO) divider is proposed to suppress SH spurs with minimal implementation overhead by introducing an additional phase shift during LO frequency division. Furthermore, a dual-rate hybrid digital- to-analog converter (HDAC) is integrated with the MP-SHS TX, which enables noise shaping and lowers in-band error vector magnitude (EVM). A proof-of-concept prototype, fab- ricated in 65-nm CMOS, operates at 24 GHz, achieving 19.2-dBm peak output power with 38.3% peak power-added eﬃciency (PAE). This TX demonstrates 22.3% /20.3% average PAE with EVM of −34.3 dB /−30.8 dB at 1.2 /3.2 Gb /s for 64-QAM and 256-QAM single-carrier (SC) modulated signals, respectively.