引言
近年来，随着无线通讯的飞速发展，无线通信里的核心部分——无线收发器越来越要求更低的功耗、更高的效率以及更小的体积，而作为收发器中的最后一级，功率放大器所消耗的功率在收发器中已占到了60%～90%，严重影响了系统的性能。所以，设计一种高效低谐波失真的功率放大器对于提高收发器效率，降低电源损耗，提高系统性能都有十分重大的意义。
笔者采用了SiGe BiCMOS工艺实现了集成E类功率放大器，其工作频率为1.8GHz，工作电压为1.5V，输出功率为26dBm，并具有高效率和低谐波失真的特点，适用于FM/FSK等恒包络调制信号的功率放大。为了达到设计目标，该功率放大器采用了一些特殊的方法，包括采用两级放大结构，差分和互补型交叉耦合反馈结构。
E类功率放大器
E类功放工作原理
E类功率放大器的特点是将晶体管作开关管，相对于传统的将晶体管用作电流源的A、B、AB类功率放大器，具有更高的附加功率效率（PAE，power added efficiency）。
图1所示为理想E类功率放大器的原理图。其中，C为场效应管结电容和外接电容之和，ron为场效应管处于线性区时的漏源电阻。
图1 E类功放原理图
当输入电压大于阈值电压时，场效应管工作在线性区，相当于开关闭合，由于漏源间电阻ron很小，因此VD近似为0；而当输入电压小于阈值电压时，场效应管截止，相当于开关断开，ID为0。此时，C开始充电，引起VD增加，调谐网络从VD中滤出基波，传输到负载电阻上。当开关再次闭合时，有VD=0和dVD/dt =0，从而使得场效应管上的电压和电流不同时出现，消除了由于充放电带来的(1/2)CV2的损耗，晶体管理想效率达到100%。
除了高效率，E类功放还有一个优点就是功率可调节性，即在保证输出效率的同时能较大范围的调节输出功率。因为场效应管相当于开关，所以输入电压的幅值不会影响输出功率的大小。同样的，当场效应管处于三极管区时，漏源间的电阻ron上会有功率消耗PLOSS，这是E类功放的最主要功率损耗。由于PLOSS与VD2成正比，我们可以将漏极效率表示为：
（1）
其中，C为常数。这样，通过调节电压保证一定的输出功率，E类功放就能保持较高效率。
存在问题
E类功放同样也具有不少的局限性。例如，因为VD比VDD大上三倍左右，所以在设计的时候就必须考虑到击穿电压的影响，这样会使得输出的功率范围有很大的局限性。此外，为了减少ron带来的损耗，必须尽可能地增大宽长比，但是晶体管的面积越大，就会造成栅极的电容越大，使得在输入端需要更小的电感来进行耦合，这会对输入端信号提出更高的要求，很难通过BiCMOS工艺精确实现。而且大的栅漏电容会引起输出端到输入端的强反馈，这导致了输入和输出之间的耦合。最后，单端输出电路每个周期都要向地或者硅衬底泄放一次大的电流，这可能会引起衬底耦合电流的频率和输入、输出信号的频率相同，从而在输出端产生了错误的信号。 | 
