教程免费下载!Doherty 功率放大器ISSCC2026 Tutorial,6 个技术实现细节与研究动态解析!

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前言：

    大家好，我是RFIC抛砖，今天是2026年4月8日，继续坚持给大家分享最新射频技术动态，欢迎点评转发！

从 W.H. Doherty 在 1936 年那间充满真空管的实验室，到 2026 年 ISSCC 讲台上讨论的硅基 CMOS 数字化芯片，Doherty 架构跨越了近一个世纪的技术周期。它不仅仅是一个电路拓扑，更是一种平衡功率、效率与线性的哲学。本文重点基于ISSCC2026发表的《T10 - Doherty Power Amplifier Fundamentals and Recent Advances》进行解析【文末提供原文下载方式，建议感兴趣的读者，可把论文原文下载下来，仔细研读，引用】

在移动通信的世界里，电力是昂贵的。无论是你手中为了续航而战的智能手机，还是每年消耗百亿度电的5G基站，其核心矛盾都直指射频功率放大器（PA）。随着QAM和OFDM等高阶调制方案的普及，信号的峰均比（PAPR）急剧飙升。这意味着放大器在绝大多数时间里都处于远低于峰值功率的“非巅峰状态”。在传统架构下，这种“回退（Back-off）”意味着能量的大规模热损耗。为了破解这一困局，我们必须回归一种横跨近九十年的硬核物理艺术：Doherty 放大器！

2. 要点解析一:回退效率

对于现代蜂窝基础设施而言，评估PA性能的准星早已从“峰值效率”转向了“平均效率”。虽然峰值数据在宣传册上很亮眼，但真正决定运营商电费单和基站散热铜缆成本的，是 6dB 甚至 12dB 处的回退效率（Back-off Efficiency）。

正如 ISSCC 2026 研究所指出的，Doherty 技术已成为蜂窝基础设施的主流。其商业逻辑非常直白：高平均效率直接等同于电力节省与硬件物料（尤其是散热用铜）的精简。在 5G 信号大部分时间处于低功率波谷的现实下，只有在回退点依然保持高效率，PA 才具有真正的商用美学。

3. 要点解析二：负载调制

Doherty 的精妙在于它不接受 Class-B 在功率回退时效率跌落的“宿命”。其核心本质是一场物理层的升华：负载调制（Load Modulation）。

传统放大器在功率回退时，漏极电压摆幅会随之减小，导致效率线性下降。为了在电流减小时依然维持最大电压摆幅（Doherty 引入了辅助放大器（Aux）来动态改变主放大器（Main）看到的“视觉阻抗”：

• 物理直觉： 当输出功率增加时，辅助放大器开启并注入电流。
• 反直觉的阻抗变换： 辅助放大器的介入，会反向将主放大器看到的负载阻抗从回退时降低至峰值时的 Zl。

通过这种协同，主放大器得以在整个功率回退区间内始终保持近乎满幅的电压状态，从而榨取极限效率。

4. 要点解析三：并行 vs 串行

实现上述魔术的关键元件是 λ/4 阻抗逆变器（Impedance Inverter）。在资深架构师眼中，它不仅是一段传输线，更是一个将电流源转换为电压源的变换矩阵：

并行架构（Parallel Doherty）： 最经典的形式。通过调整调制比例 k（如对称 k=2 或非对称 k>2），设计者可以精准定义效率峰值在 6dB 或更深回退点的位置。

串行架构（Series Doherty）： 这种架构在特定数字化集成场景下展现出独特的优势，它通过改变阻抗逆变器的配置，为不同功率等级的阻抗匹配提供了更灵活的选择。

  模拟时代的 Doherty 经常受困于辅助放大器开启斜率不精准、偏置调节困难等痼疾。而现在，数字化极致演进（Extreme Digitalization） 正在重塑这一古老架构。

  关键的技术链接在于 数字化开关电容放大器（SCPA）（国内目前做的比较多的当数深圳大学罗迅教授团队以及复旦大学徐鸿涛教授团队）。由于 SCPA 在物理特性上可以自然地建模为电压源，它成为了串行 Doherty（Series Doherty） 架构的绝佳拍档。通过 5-Bit Main/Aux Digital Control，设计者能以数字位的精度控制功率路径的开启时机。数字化不仅消除了模拟方案中辅助放大器开启不足的缺陷，更赋予了放大器“思考”并自适应复杂调制信号的能力。

6. 要点解析五：带宽

尽管 Doherty 战功赫赫，但其物理局限性同样清晰。在 Source Context 的结论中，行业专家给出了冷静的警示：“Doherty is not a 'Panacea'（Doherty 并非万灵药）。”

其核心痛点在于带宽瓶颈。这源于 λ/4 线的物理特性：在 6dB 回退点，阻抗变换比（ITR）高达 1:4（即从Zopt /2 变换到 2Zopt ）。这种极高的变换比是导致频率响应受限的根本物理原因。此外，加倍的芯片面积开销、对天线驻波比（VSWR）的高度敏感，以及对复杂数字预失真（DPD）的依赖，都是设计者在追求高效率时必须交付的“交易税”。

7. 要点解析六：向毫米波进发

当通信频段跃迁至毫米波（mmWave）时，传统的集中式电感电容已难以胜任。此时，设计者开始利用分布式元件（Distributed Elements） 进行网络合成。

一个典型的创新是利用 Rat-Race 耦合器替代笨重的变压器。更前沿的设计则采用了 扩展型 Rat-Race 耦合器（Extended Rat-Race Coupler）：它巧妙地将并行 Doherty 的负载调制逻辑与串行功率合成（Series Power Combining）结合在一起，原生支持差分信号。这种在分布式结构上的“微雕艺术”，让 Doherty 架构在 38GHz 甚至更高频段依然能爆发出惊人的生命力（除了王华教授这样的业界顶流，国内做的比较好的大家可以看看清华陈文华、王燕；东南陈继新、洪伟；电子科大康凯、王政等教授团队的毫米波功放研究动态）。

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