[發明專利]一種輸出功率可調的功率放大器

有效

• 申請號: 201110385793.X
• 申請日: 2011-11-27
• 公開（公告）號: CN102427339A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 賈非;林福江;刁盛錫
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20;H03H7/01
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 盧紀;李新華

技術領域

本發明屬于射頻集成電路技術領域，具體涉及一種輸出功率可調的功率放大器，該功率放大器可應用于各種無線通信系統，本發明中功率放大器的電路結構適用于CMOS，BiCMOS，FET，異質結晶體管等其他晶體管。

背景技術

在各種無線傳輸技術中，因為實際環境，如距離，障礙，干擾的不同，往往需要功率放大器能提供不同的輸出功率，以滿足低功耗和實際需求的折中，而且如果每個網絡的節點都能動態調節輸出功率，將大大降低通信環境的背景噪聲。實際很多通信的產品具有功率回退功能，如TI的zigbee芯片cc2530，最大輸出功率為4.5dBm(典型值)，可編程的輸出范圍為32dB，輸出功率范圍為-27.5dBm到4.5dBm。

一般功率放大器都是根據最大輸出功率進行優化，導致在功率回退(低于最大功率輸出時)效率會明顯降低。所有元件都是理想原件的(無寄生)情況下，傳統功率放大器的輸出功率與效率呈線性關系。即輸出功率越低，效率越低。而在實際情況中，因為非理想的效應的影響，如寄生參數的影響，效率會進一步降低。

為了實現功率放大器的不同的輸出功率，主要調節方式有調節供電電壓，調解晶體管偏置電壓，調解輸出端等效負載電阻，或者開關控制功率放大器(通過將幾個功率放大器并聯，通過開關某幾個功率放大器實現功率調解)。但是每一個方案單獨應用都有其不足之處。

為了提高反向隔離，提高穩定性，一般采用中和電容技術，即在差分功率放大器的輸入MOS管的柵極，和反向輸出端之間連接一個電容，圖1，參考文獻【1】(Wei?L.Chan?and?John?R.Long“A?58-65GHz?Neutralized?CMOS?Power?Amplifier?with?PAE?Above?10％at?1-V?Supply，”IEEE?J.Solid-State?Circuits，vol.45，no.3，pp.554-564，Mar.2008.)。但是這個結構很難直接應用于開關控制功率放大器，因為傳統的功率放大器并聯結構的開關與輸入管的漏端串聯，圖2，參考文獻【2】(Chia-Jun?Chang，Po-Chih?Wang，Chih-Yu?Tsai，Chin-Lung?Li，Chiao-Ling?Chang，Han-Jung?Shih，Meng-Hsun?Tsai，Wen-Shan?Wang，Ka-Un?Chan，and?Ying-Hsi?Lin“A?CMOS?Transceiver?with?internal?PA?and?Digital?Pre-distortion?For?WLAN802.11a/b/g/n?Applications，”IEEE?RFIC.Symp.Dig.，pp.435-438，Oct?2010.)，圖中Vctr1信號即為開關控制信號。當開關關閉時，輸入端與輸出端的耦合電容與開關打開時的耦合電容不同。采用單一中和電容將導致不同輸出功率的反向隔離和穩定性不同，甚至可能惡化反向隔離和穩定性，因此文獻【2】沒有采用中和電容。而通過調解中和電容大小的，滿足開關控制功率放大器不同功率輸出的需求的設計方案實現復雜度高，工藝穩定性差。

現有的改變輸出阻抗的電路，存在著可調性差，面積大，結構復雜等缺點。如Doherty結構，圖3，參考文獻【3】(Li-Yuan?Yang，Hsin-Shu?Chen，and?Yi-Jan?Emery?Chen“A?2.4GHz?Fully?Integrated?Cascode-Cascade?CMOS?Doherty?Power?Amplifier，”IEEE?Microwave?and?Wireless?Components?Letters?vol.18，no.3，Mar?2008.)，需要額外的輔助功率放大器，功分器且需要四分之一波長傳輸線，在標準CMOS工藝中實現難度和設計難度很大，而且代價很高。在1GHz到10Ghz的工作范圍內四分之一波長傳輸線的長度為幾十毫米甚至幾十厘米，在集成電路工藝上實現成本過高，甚至是不現實的。因此文獻【3】采用了分立元件實現傳輸線，但是如圖4所示，實現結構復雜，采用了多個電感，版圖面積大，成本高。

現在有關阻抗變換網絡的專利很多，如申請號為200610164854.9的專利提出了一種匹配網絡，這種網絡能自適應實現匹配，但是這種網絡單端電路需要三個變容管，四個隔直電容，兩個電感，面積太大。另外如申請號為200980113014.1的專利，公開了的網絡單端電路需要四個電容，四個電感，同樣存在面積太大的問題。

發明內容