摘 要

急速发展的通信设备对通信电源提出了越来越高的要求，同时也促进了通信电源技术的发展，使得通信电源俨然成为现代通信系统中不可缺少的组成部分。现代的移动通信系统大量采用非恒定包络的数字调制方式,目的就是为了提高移动通信数据传输率，此时通信站中的功率放大器继续采用恒定包络供电的话，功放会由于没有工作在理想工作点而产生巨大的能量消耗。

在这种背景下为了提高包络线跟踪电源的应用效率，线性度，本文着重研究开关线性串联结构包络线跟踪电源的控制方法。首先分析了国内外包络线跟踪电源的发展现状，其中详细介绍了当今主流的三大电源结构。接着说明包络线跟踪电源的系统架构，其中分别从两大组成方面进行阐述，即开关变换器的设计和线性放大器的设计，分析并讨论其设计中所存在的问题及解决方案。文中将提出一种开关线性串联结构包络线跟踪电源的设计方案，并详细介绍一种解决运算放大器自身带宽的局限性的前馈方法。

最后对全文做了总结，分析归纳了内容和结果，并对包络线跟踪电源的发展做了一定的展望。

关键字：包络线跟踪 开关变换器 运算放大器

Abstract

The rapid development of communications equipment had made more and more high request to the communication supply, at the same time, it also bettered the development of itself. This made it become an indispensable part of modern communication system. In order to improve the power transmission rate of mobile communication and utilize the increasingly congested bandwidth resources, the digital modulation mode of non-constant envelope is widely adopted in the modern mobile communication system. At this point if we still use the traditional constant voltage power supply for mobile communication base station power amplifier, the power amplifier will have a greater power loss, resulting in a huge waste of energy.

This paper focuses on the control way to increase the efficiency, we have to track linearity and bandwidth of the envelope tracking power supply. First of all, we analyze the development of it in China and abroad, and introduces the three main power structure. Then it describes the system architecture of the envelope tracking power supply, which are elaborated from two aspects, namely, the design of the switching converter and the design of the linear amplifier, and discuss the problems in the research. In this paper, we will introduce a design way of the envelope tracking power supply with linear series structure, and a step wave voltage feed forward method considering the bandwidth limitation of the operational amplifier will be proposed.

lastly, we finished the paper, analyzed the contents and results, and made a prospects for it.

Keywords: Envelope tracking, Switching converter, Operational amplifier

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 5

1.1 移动通信对功率放大器提出的要求 5

1.2 国内外对包络线跟踪电源的研究 6

1.2.1 单个开关变换器结构 6

1.2.2 开关变换器组合结构 6

1.2.3开关变换器与线性放大器的组合结构 6

1.3本文的具体内容和现实意义 7

1.3.1本文具体结构内容 7

1.3.2 本文现实意义 8

第二章 包络线跟踪电源的系统架构 9

2.1开关变换器的相关设计介绍 9

2.1.1开关变换器设计存在的问题 9

2.1.2开关变换器的优化 11

2.2线性放大器的研究设计 11

2.2.1 常用的线性放大器 11

2.2.2 线性放大器的组成结构 13

2.3 小结 13

第三章 考虑运算放大器带宽限制的阶梯波电压前馈方法 14

3.1系统结构和控制理论 14

3.2阶梯波前馈通路方法 15

3.3多个运算放大器级联方法即计算 16

3.3.1放大器的开环特性 16

3.3.2放大器的闭环主极点 16

3.3.3放大器的补偿频率大小的方法 17

3.4仿真设计 19

3.4.1运算放大器级联通路 19

3.4.2运算放大器级联通路频率补偿设计 20

3.4.3 抑制输出电压的高频尖峰 22

3.4.4 仿真元器件的构成 22

3.5 小结 26

第四章 总结与展望 27

4.1 本文总结 27

4.2 展望 27

参考文献 28

致谢 30

1. 绪论

包络线跟踪电源的电压随着输入信号包络波动，这样放大器的工作状态最为理想，通信系统的传输效果也最好^[1]。效率和线性度是通信系统当前想要提高的两大方面，可以把开关变换器和线性放大器结合起来，分别发挥二者的优点，将两个部分优势互补，组合为包络线跟踪电源^[2]。研究开关变换器和线性放大器两类器件无论在能量传输还是节约资源方面都是很有前景的。在这样一种情况下，我们从包络线电源的组成形式入手，由浅入深，进一步发掘其应用价值，努力让包络线电源实现商用。

• 1. 移动通信对功率放大器提出的要求

移动通信是满足人们交流联系的需要应运而生的一种技术^［3］，它的出现打破了人们之前的生活方式，是当下最为时髦的工具。

二十一世纪以来，以手机为代表的通讯工具实现商用，许多数字调制方式^［4］被通讯工具广泛采用，它们一改之前使用模拟信号传输的习惯，换成使用数字信号传递信息，这使得新型的这种通讯方式传输的数据更多，传输的效果也更好 ^[5]。由于想要传输的信息在信道中变化特别快，可能在短短几秒内就会跳变几万次，因此信号的峰值和均值之比会很大^［6］，由于要对这类信号进行一些线性度很高的放大，因此对功率放大器的线性程度提出了很高的要求。包络线跟踪电源解决了通讯传输率低且浪费资源的问题，但想要真正实现商用却并不是那么简单。由于都是采用的滞环的控制^［7］方法，这样无论使用多少个开关，还是将它和放大器组合起来使用，都不能做到扩大跟踪信号电压的频带宽度大小^［8］。

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