基于模型的GaN PA設計基礎知識：內部I-V波形的定義及其必要性

對于氮化鎵(GaN) 功率放大器，設計師需要考慮非線性操作，包括RF 電流-電壓(I?V) 波形會發生的狀況。優化非線性行為設計的一種方法就是仿真內部I-V 波形。本文將為您介紹：

· I-V 波形的定義
· 功率放大器工作類型
· 內部和外部I?V 波形
· 功率放大器設計的“波形工程”方法

I-V 曲線與I-V 波形：有何不同？

在典型GaN HEMT 放大器應用中，源是接地的，RF 輸入信號應用于整個柵極-源極終端。漏極與負載連接，負載阻抗決定了當RF-AC 輸入信號在最小和最大峰值之間來回擺動時，負載線路來回移動的軌跡。

在之前的介紹中，我們了解了關于I?V 曲線和負載線路的基礎知識，但還有另一種分析設備的非線性行為的方法，即查看設備的I-V 波形--也就是電流和電壓與時間的關系圖，如下面的2 Ghz 輸入RF 信號圖所示。

I?V 波形和I?V 曲線顯示不同的信息。為了展示這種不同，我們利用Keysight ADS 和Modelithics Qorvo GaN 庫模型（適用于90 W、48 V 的Qorvo GaN 晶體管QPD0060）創建了以下示例。

左圖顯示I?V 電流和電壓波形與時間的關系，其中AB 類偏置V_ds = 48 V，V_gs = ?2.5 V（對應右圖中的標記m2）。

右圖顯示V_gs為4.5 V 至0 V 時的I?V 曲線（紅色，基于V_gs 的I_ds 與V_ds 參數關系）。右側的藍色曲線稱為動態負載線，表示信號完成整個正弦波周期時，漏極一側的電流生成器的動態電流-電壓軌跡。

I-V 波形和功率放大器工作類型

在功率放大器設計中，“類型”用來描述放大器的設計方法。這主要包括輸出信號驅動至預期功率水平時，晶體管的偏置條件和工作模式。如下圖所示，這些模式分別對應A 類、AB 類和B 類功率放大器在標記m2、m3 和m4 所示的靜態電壓-電流點時的晶體管偏置。

您也可以從I-V 波形的角度來考慮這些操作類型。下圖顯示在2 Ghz 基頻條件下A 類、AB 類、B 類和C 類的內部I-V 波形仿真結果。采用Keysight ADS 和適用于QPD0060 的Modelithics Qorvo GaN 庫模型來實施這些仿真。