[發明專利]一種高線性高效率射頻功率放大器

有效

• 申請號: 201310060041.5
• 申請日: 2013-02-26
• 公開（公告）號: CN103124162A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 魏慧婷;侯訓平;文武
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: H03F3/189
• 分類號: H03F3/189;H03F3/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

技術領域

本發明屬于無線通信系統技術領域，涉及一種高線性高效率射頻功率放大器。

背景技術

隨著無線通信市場需求不斷增長，射頻集成電路的開發和研究得到了迅速發展。而在射頻發射機集成電路系統中，功率放大器位于發射系統的最前端，也是功耗最大的模塊之一，如何在保證線性度的情況下高效率地輸出功率仍然是當今射頻功率放大器研究的熱點和難點。在工藝選擇上，雖然SiGe、InP、GaAs等工藝可以制造出更高性能的功率放大電路，但其成本遠高于CMOS工藝，并且很難實現數字模擬電路的片上全集成。用CMOS工藝來顯然有利于提高芯片的集成度和減小成本。CMOS工藝的特征尺寸的不斷減小，雖然可以增大集成電路的集成密度，卻會給CMOS電路帶來影響，主要體現在擊穿電壓的降低和襯底電阻的減小，這會限制功率放大器的輸出功率和減小效率。

現有的功率放大器多為傳統功率放大器結構，如圖1所示，該電路采用NMOS晶體管單管共源放大。對于線性功率放大器來說，一般會選擇A、AB和B類工作狀態，這三類放大器的線性度依次遞減，而效率依次增加。AB類放大器是線性度和效率的折中，所以被廣泛應用在功率放大電路中。但是僅在工作類型上去選擇，其效果有限，要兼顧高線性度和高效率，只有設計出新的電路結構。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種高線性高效率射頻功率放大器，該功率放大器增強了晶體管的抗擊穿能力，提高了輸出功率，并實現了功率放大器的高線性和高效率。

本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：

一種高線性高效率射頻功率放大器，包括五個電容C1、C2、C3、C4、C5，四個電阻R1、R2、R3、R4，四個NMOS管M1、M2、M3、M4，兩個電感L1、L2，具體連接關系為：輸入射頻信號Rfin分別連接電容C1的一端、電容C2的一端和電容C3的一端；電容C1的另一端連接NMOS管M1的柵極，電容C2的另一端連接NMOS管M2的柵極，電容C3的另一端連接NMOS管M4的柵極；偏置電壓Vb1連接電阻R1的一端，偏置電壓Vb2連接電阻R2的一端，偏置電壓Vb3連接電阻R3的一端，偏置電壓Vb4連接電阻R4的一端；電阻R1的另一端連接NMOS管M1的柵極，電阻R2的另一端連接NMOS管M2的柵極，電阻R3的另一端連接NMOS管M3的柵極，電阻R4的另一端連接N?MOS管M4的柵極；NMOS管M2的漏極連接N?MOS管M4的源極，NMOS管M1的漏極連接NMOS管M3的源極，NMOS管M3的漏極和NMOS管M4的漏極連接電感L1的一端和電容C4的一端；電感L1的另一端接電源VDD；電容C4的另一端連接電感L2和電容C5的一端，電容C5的另一端為輸出射頻信號端口，NMOS管M1的源極、NMOS管M2的源極和電感L2的另一端均接地。

在上述高線性高效率射頻功率放大器中，NMOS管M1工作在A類放大狀態，NMOS管M2工作在B類放大狀態，NMOS管M4工作在AB類放大狀態。

在上述高線性高效率射頻功率放大器中，NMOS管M2的寬長比是NMOS管M1寬長比的4～6倍；優選NMOS管M2的寬長比是NMOS管M1寬長比的5倍。

在上述高線性高效率射頻功率放大器中，三個偏置電壓Vb1、Vb2和Vb3為不同的電壓。

在上述高線性高效率射頻功率放大器中，偏置電壓Vb1通過電阻R1給NMOS管M1提供偏置，偏置電壓Vb2通過電阻R2給NMOS管M2提供偏置，偏置電壓Vb3通過電阻R3給NMOS管M3提供偏置，偏置電壓Vb4通過電阻R4給NMOS管M4提供偏置。

在上述高線性高效率射頻功率放大器中，電容C1、C2、C3是交流耦合電容，起到對直流信號的隔離作用。

在上述高線性高效率射頻功率放大器中，其中兩個電容C2、C3，兩個電阻R2、R4，兩個NMOS管M2，M4共同組成的功率放大電路為輔助功率放大器，其中一個電容C1，兩個電阻R1、R3，兩個NMOS管M1，M3組成的功率放大電路為主功率放大器。

在上述高線性高效率射頻功率放大器中，射頻功率放大器為全差分拓撲結構，輸入采用Rf_in+和Rf_in-作為差分輸入信號，輸出為Rf_out+，Rf_out-作為差分輸出信號。

本發明與現有技術相比具有如下有益效果：