[實用新型]一種用于GSM/DCS的共源共柵射頻功率放大器

有效

• 申請號: 201520512597.8
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN204697011U
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 黃清華;劉磊;陳高鵬
• 申請（專利權）人: 宜確半導體（蘇州）有限公司
• 主分類號: H03F1/32
• 分類號: H03F1/32;H03F1/02;H03F3/189;H03F3/20
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;丁浩秋

技術領域

本實用新型屬于射頻集成電路技術領域，具體涉及一種用于GSM/DCS的共源共柵射頻功率放大器。

背景技術

射頻功率放大器是各種無線通信應用中必不可少的關鍵部件，用于將收發信機輸出的已調制射頻信號進行功率放大，以滿足無線通信所需的射頻信號的功率要求。射頻功率放大器屬于大信號器件，因此要求用于制造射頻功率放大器的半導體器件具有高擊穿電壓、高電流密度等特性。相對于數字電路、模擬電路等小信號電路所普遍采用Si?CMOS工藝，基于GaAs材料的HBT、pHEMT等工藝，由于其較高的擊穿電壓和載流子遷移速率，在射頻功率放大器領域中得到了廣泛的應用。

如圖1所示為一個典型的射頻功率放大器電路，晶體管103作為射頻功率放大器中的重要有源器件，在實際中通常采用Si或GaAs工藝制造；射頻功率放大器的輸入信號端口RFin通過輸入匹配網絡101連接到晶體管103的柵極；晶體管103的柵極還通過偏置電路102連接到射頻功率放大器的偏置電壓端口Vbias；晶體管103的源極連接到地；晶體管103的漏極通過扼流電感104連接到射頻功率放大器的供電電壓端口Vcc；供電電壓端口Vcc還連接到去耦電容105的一端，去耦電容105的另外一端連接到地；晶體管103的漏極還通過輸出匹配網絡106連接到射頻功率放大器的輸出信號端口RFout。射頻功率放大器的輸入信號電壓擺幅較低，經過晶體管103功率放大之后，輸出信號的電壓擺幅大幅提升。對于一個典型的Class-A/B/AB射頻功率放大器，在供電電壓Vcc下工作，晶體管漏極上的電壓擺幅通常可以達到2×Vcc。譬如，當射頻功率放大器的供電電壓Vcc為5V時，晶體管漏極上的電壓擺幅將達到10V。如果射頻功率放大器工作于Class-E狀態，那么晶體管漏極上的電壓擺幅將會更高，達到3.5×Vcc以上。由此可見，射頻功率放大器中的晶體管上將承受遠高于供電電壓的擺幅，對晶體管的擊穿電壓及可靠性提出了很高的要求。選用足夠高擊穿電壓的半導體工藝來制造射頻功率放大器，將使得選擇余地嚴重受限，喪失了設計靈活性并將降低集成度。

為了使得較小擊穿電壓半導體工藝也可以用于制造射頻功率放大器，業界通常通過將射頻功率放大器電路設計為共源共柵結構來提高器件的擊穿電壓。如圖2所示，為一個典型的共源共柵結構的射頻功率放大器。晶體管203和晶體管204為射頻功率放大器中實現功率放大的有源器件，在實際中通常采用Si或GaAs工藝制造；射頻功率放大器的輸入信號端口RFin通過輸入匹配網絡201連接到晶體管203的柵極；晶體管203的柵極還通過偏置電路202連接到射頻功率放大器的偏置電壓端口Vbias1；晶體管203的源極連接到地；晶體管203的漏極連接到晶體管204的源極；晶體管204的柵極通過偏置電路205連接到射頻功率放大器的偏置電壓端口Vbias2；晶體管204的柵極還連接到去耦電容206的一端，去耦電容206的另外一端連接到地；晶體管204的漏極通過扼流電感207連接到射頻功率放大器的供電電壓端口Vcc；供電電壓端口Vcc還連接到去耦電容208的一端，去耦電容208的另外一端連接到地；晶體管204的漏極還通過輸出匹配網絡209連接到射頻功率放大器的輸出信號端口RFout。射頻功率放大器的輸入信號電壓擺幅較低，經過晶體管203及晶體管204功率放大之后，輸出信號的電壓擺幅大幅提升。在共源共柵結構射頻功率放大器中，晶體管203為共源級，晶體管204為共柵極；這樣的共源共柵結構相比單晶體管共源結構具有更高的功率增益和更高的反向隔離度；更為重要的是，共源共柵結構比單晶體管共源結構具有更高的擊穿電壓，允許射頻功率放大器有更高的工作電壓。

如圖2所示，工作于Class-A/AB/B狀態的共源共柵結構射頻功率放大器，晶體管204漏極的射頻電壓擺幅為2×Vcc，晶體管203漏極的射頻電壓擺幅則不超過Vcc。因此，晶體管203及晶體管204各自漏極與源極之間的電壓擺幅都不超過2×Vcc，保證了晶體管工作于安全區域。