3. 圖 3.8(a)中從 RF choke 端看進去的阻抗 Rd1,理論上需無限大,但實 際上若使用被動元件來製作時是無法做到的,所以在真實電路時就可能有 功率從此損耗。
上述的三點可能原因中,1、2 兩點是無法避免的,所以若想使的效能獲得改善,
則我們選擇在第三點下功夫,為此重新設計新的電路,將 RF choke 端的電感改 為 / 4λ 的傳輸線來進行模擬,讓圖 3.8(a)中 RF choke 端看進去的阻抗 Rd1變 成無限大,並製作微波電路再次量測其結果。圖 3.21 為模擬的結果,圖 3.22 為佈局和成品圖,最後根據上一節的量測步驟,得到圖 3.23 的量測結果。從量 測的結果可以看出來,無論是輸出功率、增益或是效率都有極大的改善,而效率 的量測也和模擬的結果相差不大。
(a)
(b)
(c)
圖 3.20 單端 E 類功率放大器量測結果圖
(a)輸出功率對增益的作圖
(b)輸出功率對 PAE 的作圖
(c)輸入功率對輸出功率的作圖
m3indep(m3)=
Fund. Output Power, dBm
m3 Transducer Power Gain, dB
(a)
Fund. Output Power, dBm
m4 PAE, %
(b)
(c)
圖 3.21 單端 E 類功率放大器的模擬結果圖(二)
(a)輸出功率對增益的作圖
(b)輸出功率對 PAE 的作圖
(c)輸入功率對輸出功率的作圖
(a) (b)
圖 3.22 單端 E 類功率放大器驗證電路圖(二)
(a) 佈局圖
(b) 成品圖
(a)
(b)
(c)
圖 3.23 單端 E 類功率放大器量測結果圖(二)
(a)輸出功率對增益的作圖
(b)輸出功率對 PAE 的作圖
(c)輸入功率對輸出功率的作圖
對照兩電路的模擬和量測結果可以發現,雖然電路結構是一樣的,但當 RF choke 的架構有所改變時,則兩電路最後的效能結果就有所不同,這樣的差別在 效率上尤其明顯,差距將近高達 6%,這樣大差距的產生,除了利用圖 3.22 中 / 4λ 的架構,讓看進 RF choke 端的阻抗為無限大,以降低功率的損耗之外,另一個 極重要的影響因素就是被動元件的寄生效應,以圖 3.17 的電路架構來說,RF choke 端的串聯電容其內部的寄生電阻將近 5Ω ,如此將造成功率的額外損耗,
也會間接違背理論公式中 3.2.1 節的假設一(確保路徑上不會有串聯電阻,造成 功率無謂的損耗)。
在 3.4.1 和 3.4.3 節中均曾提到有關預防震盪的措施,在此特別加以說明。
一般來說震盪訊號可分為高頻震盪和低頻震盪兩種,通常若發現電路有震盪發生 時,可以利用頻譜分析儀來找出震盪的頻率,不同頻率發生的震盪,所代表的意 義和預防方式也都有所不同:
1. 以高頻震盪來說,主要是代表電路設計的架構本身發生問題,預防的方法 可以在 RF choke 的輸入端加一個小電阻,圖 3.22 的電路亦有這樣的保護 設計,不過因為多加了電阻,所以必定會造成功率的損耗,因此在使用時 需考慮設計的狀況,以獲得最好的效能。
2. 低頻震盪的發生通常和 RF choke 端的不良,造成高頻信號竄入有關,所 以在預防時,大多會在圖 3.11 的 Cdc上做改良,以本論文為例,會在 Cdc 旁再多並聯一顆 0.1µF的電容,以避免低頻震盪的發生。
上面兩點關於震盪的預防措施,在圖 3.22 的電路架構中正好有使用到,而電路 實作時亦得到證實,所以在之後的 IC 設計部分將也會適時的加以利用。