This article presents a two-chip supply modulation architecture for efficient RF power amplification using a fully switched-mode supply modulator (SM) and a linear-assisted hybrid SM to support simultaneous transmission on long-term evolution (LTE) and 5G bands. The designed fully switched-mode SM consists of a fast switching buck converter and a slow switching buck converter, and it achieves 88.2% peak efficiency and a low receiver (RX) band noise of −140 dBm/Hz at the SM output. The fully switched-mode SM tracks the envelope of LTE 5-/10-/20-MHz signals with the average switching frequencies of 50/70/120 MHz, respectively. The ET-PA measured using the fully switched-mode SM and LTE band-3 power amplifier module integrated duplexer (PAMiD) saves the dc power consumption of 320 mW at a 23-dBm output power compared to an average power tracking (APT)-PA. The designed 5G new radio (NR) SM consisting of a class-AB linear amplifier (LA) and an interleaved three-level buck–boost converter provides a 160-MHz 3-dB bandwidth to track the envelope of a 100-MHz NR signal. The measured peak SM efficiency is 84.1% at a 3.53-W output power. The measured ET-PA with 5G NR SM and 5G n77 PAMiD achieves an ACLR of −36.9 dBc at a 27.45-dBm output power with a 6-dB peak-to-average-power ratio DFT-spread-OFDM NR 100-MHz quadrature phase shift keying (QPSK) signal. It saves the dc power consumption of 950 mW at a 27-dBm output power compared to APT-PA. An optimal RF power amplifier (RF-PA) supply deployment using the two SMs efficiently supports multiple RF-PA loads while satisfying the dual-transmission requirements of E-UTRAN new radio dual-connectivity (EN-DC) and 5G 100-MHz ET operation. The fully switched-mode SM is implemented in a 130-nm CMOS process, and the die size is 4.0 mm 2 . The 5G NR SM is implemented in a 90-nm CMOS process, and the die size is 6.75 mm 2 .

中文翻译：

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适用于 4G LTE 和 5G NR 双连接射频前端的高效 RF-PA 两芯片电源调制器架构


本文提出了一种两芯片电源调制架构，使用全开关模式电源调制器 (SM) 和线性辅助混合 SM 实现高效 RF 功率放大，以支持长期演进 (LTE) 和 5G 频段上的同时传输。设计的全开关模式 SM 由快速开关降压转换器和慢速开关降压转换器组成，在 SM 输出处实现了 88.2% 的峰值效率和 −140 dBm/Hz 的低接收器 (RX) 带噪声。全开关模式 SM 跟踪 LTE 5-/10-/20-MHz 信号的包络，平均开关频率分别为 50/70/120 MHz。与平均功率跟踪 (APT) 相比，使用全开关模式 SM 和 LTE band-3 功率放大器模块集成双工器 (PAMiD) 测量的 ET-PA 在 23 dBm 输出功率下可节省 320 mW 的直流功耗 -宾夕法尼亚州。设计的 5G 新无线电 (NR) SM 由 AB 类线性放大器 (LA) 和交错式三电平降压升压转换器组成，提供 160 MHz 3 dB 带宽来跟踪 100 MHz NR 信号的包络。输出功率为 3.53W 时测得的峰值 SM 效率为 84.1%。使用 5G NR SM 和 5G n77 PAMiD 测得的 ET-PA 在 27.45 dBm 输出功率下实现了 −36.9 dBc 的 ACLR，峰值平均功率比为 6 dB DFT-spread-OFDM NR 100 MHz 正交相移键控 (QPSK) 信号。与 APT-PA 相比，它在 27 dBm 输出功率下可节省 950 mW 的直流功耗。使用两个 SM 的最佳射频功率放大器 (RF-PA) 电源部署可有效支持多个 RF-PA 负载，同时满足 E-UTRAN 新无线电双连接 (EN-DC) 和 5G 100-MHz ET 的双传输要求手术。全开关模式SM采用130 nm CMOS工艺实现，芯片尺寸为4.0 mm 2 。 5G NR SM 采用 90 nm CMOS 工艺实现，芯片尺寸为 6.75 mm 2 。