English
资源说明：本文研究了一个用0.6μm CMOS工艺实现的功率放大器， E型功率放大器具有很高的效率，它工作在开关状态，电路结构简单，理想功率效率为 100%，适应于恒包络信号的放大，例如FM和GMSK等通信系统。
【高效率E类射频功率放大器】是一种特殊类型的功率放大器，主要应用于射频（RF）通信系统，尤其适用于恒包络信号的放大，如FM（调频）和GMSK（高斯最小移频键控）通信。E类功率放大器以其高效能和简单的电路结构而备受关注。理想的E类功率放大器理论上可达到100%的功率效率，这意味着几乎所有的电源能量都能被有效地转换为负载上的射频功率。
E类放大器的核心在于其工作在开关状态，通过控制晶体管在完全导通和完全截止之间切换，使得在任何时刻晶体管都处于无损耗的线性转换阶段。这种工作模式降低了在放大过程中产生的热量，从而提高了效率。图1所示的电路中，晶体管M1和M4构成差分对，它们在输入信号的驱动下交替工作在开关状态，实现了信号的放大。
当输入电压Vin超过开启电压时，晶体管（如M1）工作在可变电阻区，漏源之间的电阻ron非常小，近似于开关闭合。若输入电压低于开启电压，晶体管则处于截止状态，此时晶体管相当于断开的开关。电容C（可以是MOS管的结电容或外接电容）在开关断开时负责存储并释放能量，确保信号的传输。
图5展示了电路中各参数与输入信号变化的关系。通过调整电容C和电感L的组合，可以选择并放大输入信号的特定频率分量，实现对信号的相位或频率调制。
然而，E类功率放大器设计中存在一些挑战。晶体管在可变电阻区工作时，固有的ron会引入损耗。为了减小ron的影响，通常需要增大晶体管的宽长比，但这可能导致更大的栅漏电容Cgd，进而引起输入输出间的耦合问题。此外，单端输出电路可能产生与输入、输出信号频率相同的衬底耦合电流，干扰信号质量。
为了解决这些问题，可以采用差分结构（如图6所示）。差分结构能够将耦合电流的频率提升至输入输出信号频率的两倍，从而消除干扰。同时，差分结构还能降低对晶体管尺寸的要求，因为每个晶体管只需处理一半的电流，这在保持输出功率不变的情况下，减少了开关损耗。
进一步优化设计，可以引入交叉耦合反馈结构（如图7所示），它能加速晶体管状态的切换，减少ron引起的损耗（图8所示）。通过交叉耦合，晶体管能够更快地进入导通或截止状态，提高工作效率。
电路实例（图9）展示了二级放大结构，由M1、M4和M5、M8组成第一、二级差分结构，M2、M3和M6、M7构成交叉耦合正反馈。激励电感L1、L2、L3、L4以及谐振电路L5、L6、C1用于匹配和选频，而RL是负载电阻。电路参数的选择需要根据具体应用和工艺条件来设定，以实现最佳的性能。
E类射频功率放大器利用开关工作模式和精心设计的电路结构，实现了高效率和低损耗，是射频通信领域的重要技术之一。通过不断的优化设计，如采用差分和交叉耦合结构，可以有效解决效率损失和耦合问题，提高放大器的性能。
本源码包内暂不包含可直接显示的源代码文件，请下载源码包。
