CN107592085A - 功率放大器和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功率放大器及电子设备，本发明技术方案采用先参差调谐再功率合成这种两级功率放大器架构，此外，本发明把前级以及其输入匹配的驱动拆成级联的参差调谐，使其中央频率处在小于设计频道的频点1和大于设计频点的频点2，再把最后功率合成级调谐在设计频点。在先进的CMOS工艺节点(比如：65nm或以下)，集成该架构的放大器芯片，对比已知架构，用同样数量的变压器(面积一样)，带内信号质量和带外过滤效果会更好，可靠性更高；而由于其带内平坦性好，因此，此架构尤其适合载波聚合通讯场合。

Description

功率放大器和电子设备
技术领域
本发明涉及集成电路与电子设备技术领域，特别涉及一种功率放大器芯片和电子设备。
背景技术
现有技术中，集成功率放大器的射频芯片随着工艺节点的缩小，功率放大器设计也会变得困难；尤其是先进的工艺节点(比如：65nm或以下)，因为容忍电压摆幅、电流摆幅能力较差，在上面设计高功率功率放大器会面临挑战。
参考图1(D.Chowdhury,C.D.Hull,O.B.Degani,Y.Wang,and A.M.Niknejad,“Afully integrated dual-mode highly linear 2.4Ghz CMOS power amplifier”,IEEEJ.Solid-State Circuits,vol.43,no.3,pp.600-609,Mar.2009)和图2(Y.Tan,H,Xu.(2016)CMOS power amplifier design for wireless connectivity applications:ahighly linear WLAN power amplifier in advanced SoC CMOS,In RF and mm-wavePower Generation in Silicon(pp.61-pp.87).Elsevier Inc..DOI:10.1016/B978-0-12-408052-2.00008-6)，为现有技术中常用的两种构架的放大器，图1中，1表示输入变压器，2表示中间级功率拆分器，3表示输出级2(跟第一级一样)，4表示功率合并器；图2中，5表示输入功率拆分器，6表示中间级匹配，7表示输出级功率合并器；从图1和图2中可知，现有构架中电感的使用比较多，使用面积大，成本高且调谐带宽比较小。
在先进的CMOS工艺节点(比如：65nm或以下)，参差调谐射频技术配合功率合成技术，会使得功率放大器达到较优的性能以及较低的面积成本。
理论上，若n个带宽相同的单调谐放大器调谐在同一个频点，有：
其中，r表示带宽缩小率，它被定义为Δfsystem级联之后的带宽(Hz)与Δfsingle单级的带宽(Hz)之比；n表示级联的个数；
令每级增益相等，我们可以看到系统增益、系统带宽的限制条件
其中，Asystem是级联后系统的增益；ft是跃迁频率，与偏置情况和系统属性有关，
变压器共振时，如图1和图2中的2级功率放大器、输入匹配、中间匹配和输出匹配都调谐在同一频点时，增益、频带选择性、带内群延时、增益平缓度、系统效率这些指标是高度耦合的，依据工艺及偏置条件不同，跃迁频率不一样，设计空间也会变得狭窄，需要复杂的折中，往往我们为了效率，去优化增益分配及偏置条件，在带宽上便会受到严重的限制。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种功率放大器，旨在确保信号在带宽内增益、实现群延时平坦提高信号质量、减少使用面积、增加可靠性和效率。
为实现上述目的，本发明提出一种功率放大器，包括参差调谐电路和包含两个伪差分对放大器的功率合成电路，其中，所述的参差调谐电路的输出端连接功率合成电路的输入端；
所述的参差调谐电路通过将前级匹配网络及其输入匹配拆成级联的调谐电路，并设置不同级的并联谐振网络的中央频率处在以设定关系错开的不同值上，并驱动后一级的功率合成电路；
所述的功率合成电路通过两个伪差分对放大器输出功率并进行合成，获得最终合成的功率放大信号。
优选地，所述的参差调谐电路包括输入匹配网络、第一放大器、第二放大器、第一中间级匹配网络和第二中间级匹配网络，所述的输入匹配网络的输出端连接第一放大器的输入端，第一放大器的输出端连接第一中间级匹配网络的输入端，第一中间级匹配网络的输出端连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接第二中间级匹配网络的输入端。
优选地，所述的参差调谐电路包括第一放大器、第二放大器、第一中间级匹配网络和第二中间级匹配网络，所述的第一放大器的输出端连接第一中间级匹配网络的输入端，第一中间级匹配网络的输出端连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接第二中间级匹配网络的输入端。
优选地，所述的设定关系具体为通过预设频率值与协调系数相乘或除获得不同级的并联谐振网络的中央频率，所述的预设频率值是功率放大器工作通带的中心频率，所述的协调系数根据所需系统带宽及其带内平整度获得。
优选地，所述的功率合成电路包括第三放大器、第四放大器和功率合成谐振网络，所述第三放大器与第四放大器并联，第三放大器的输出端与第四放大器的输出端均连接功率合成谐振网络的输入端。
优选地，所述的第三放大器和所述第四放大器为一个三层级联为差分对；第三放大器和所述第四放大器内部结构相同，均包括第一深N阱N-MOS管、第二深N阱N-MOS管、第三深N阱N-MOS管、第四深N阱N-MOS管、第一N-MOS管、第二N-MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，其中，所述的第一深N阱N-MOS管的深N阱连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端并接电源电压，第二电阻的另一端连接第二深N阱N-MOS管的深N阱；所述的第一深N阱N-MOS管的体端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第一深N阱N-MOS管的源极并连接第三深N阱N-MOS管的漏极；所述的第二深N阱N-MOS管的体端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第二深N阱N-MOS管的源极并连接第四深N阱N-MOS管的漏极；所述的第三深N阱N-MOS管的深N阱连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第六电阻的一端并接电源电压，第六电阻的另一端连接第四深N阱N-MOS管的深N阱；所述的第三深N阱N-MOS管的体端连接第七电阻的一端，第七电阻的另一端连接第三深N阱N-MOS管的源极并连接第一N-MOS管的漏极；所述的第四深N阱N-MOS管的体端连接第八电阻的一端，第八电阻的另一端连接第四深N阱N-MOS管的源极并连接第二N-MOS管的漏极；所述的第一N-MOS管的源极连接第二N-MOS管的源极并接地。
优选地，所述的第一深N阱N-MOS管和第二深N阱N-MOS管均为深N阱正常电压门限厚栅氧层N-MOS管。
优选地，所述的第三深N阱N-MOS管和第四深N阱N-MOS管均为深N阱低电压门限薄栅氧层N-MOS管。
优选地，所述的第一N-MOS管和第二N-MOS管均为低电压门限薄栅氧层N-MOS管。
本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括所述的功率放大器。
本发明技术方案采用先参差调谐再功率合成这种两级功率放大器架构，此外，本发明把前级以及其输入匹配的驱动拆成级联的参差调谐，使其中央频率处在频点1和频点2，再把最后一级调谐在频点3。因为前面一级拆成的参差调谐拓宽了带宽，所以即使最后一级的调谐网络会减低带宽，也不会减弱太多；在先进的工艺节点(比如：65nm或以下)，集成该架构的功率放大器芯片，对比已知架构，用同样数量的变压器(面积一样)，带内信号质量和带过滤，会更好；由于其带内平坦性好，因此，此架构尤其适合载波聚合通讯场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为第一已知放大器构架结构示意图；
图2为第二已知放大器构架结构示意图；
图3为本发明功率放大器的功能模块示意图；
图4为本发明功率放大器第一实施例的含有输入级匹配参差调谐电路结构示意图；
图5为本发明功率放大器第二实施例的不含有输入级匹配参差调谐电路结构示意图；
图6为本发明功率放大器第三实施例的功率合成电路示意图；
图7为本发明功率放大器第四实施例的功率合成电路内部放大器电路示意图；
图8为本发明功率放大器第五实施例的不含有输入级匹配时功率放大器构架示意图；
图9为本发明功率放大器第六实施例的含有输入级匹配时功率放大器构架示意图；
图10为本发明功率放大器的不含输入匹配型参差调谐的频率响应示意图；
图11为本发明功率放大器的含输入匹配型参差调谐的频率响应示意图；
图12为重叠调谐时候的频率响应示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种功率放大器。
如图3所示，本发明提出的功率放大器包括参差调谐电路100和包含两个伪差分对放大器的功率合成电路200，其中，所述的参差调谐电路100的输出端连接功率合成电路200的输入端；
所述的参差调谐电路100通过将前级匹配网络及其输入匹配拆成级联的调谐电路，并设置不同级的并联谐振网络的中央频率处在以设定关系错开的不同值上，并驱动后一级的功率合成电路200；
所述的功率合成电路200通过两个伪差分对放大器输出功率并进行合成，获得最终合成的功率放大信号。
本发明采用先参差调谐再功率合成这种两级功率放大器架构，对比已知架构，用同样数量的变压器(面积一样)，带内信号质量和带过滤，会更好；由于其带内平坦性好。
本发明所述的参差调谐电路100分为含有输入级匹配和不含有输入级匹配。
参考图4，在本发明一实施例中，所述的参差调谐电路100包括输入匹配网络M1、第一放大器A1、第二放大器A2、第一中间级匹配网络M2和第二中间级匹配网络M3，所述的输入匹配网络M1的输出端连接第一放大器A1的输入端，第一放大器A1的输出端连接第一中间级匹配网络M2的输入端，第一中间级匹配网络M2的输出端连接第二放大器A2的输入端，第二放大器A2的输出端连接第二中间级匹配网络M3的输入端。
设置第一中间级匹配网络M2和第二中间级匹配网络M3的中央频率处在以设定关系错开的不同值上，具体为：第一中间级匹配网络M2调谐在f0/alpha，第二中间级匹配网络M3调谐在f0×alpha，一般f0处于功率放大器的中心频率，参数alpha是一个无量纲的设计参数，根据所需设计的系统带宽及其带内平整度去选择；本实施例把前级以及其输入匹配的驱动拆成级联的参差调谐，使其中央频率处在频点1和频点2，再把最后一级调谐在频点3。因为前面一级拆成的参差调谐拓宽了带宽，所以即使最后一级的调谐网络会减低带宽，也不会减弱太多。
参考图5，在本发明一实施例中，所述的参差调谐电路100包括第一放大器A1、第二放大器A2、第一中间级匹配网络M2和第二中间级匹配网络M3，所述的第一放大器A1的输出端连接第一中间级匹配网络M2的输入端，第一中间级匹配网络M2的输出端连接第二放大器A2的输入端，第二放大器A2的输出端连接第二中间级匹配网络M3的输入端。
设置第一中间级匹配网络M2和第二中间级匹配网络M3的中央频率处在以设定关系错开的不同值上，具体为：第一中间级匹配网络M2调谐在f0/alpha，第二中间级匹配网络M3调谐在f0×alpha；其中：f0是功率放大器工作通带的中心频率，参数alpha是一个无量纲的设计参数，根据所需设计的系统带宽及其带内平整度去选择；本实施例把前级以及其输入匹配的驱动拆成级联的参差调谐，使其中央频率处在频点1和频点2，再把最后一级调谐在频点3。因为前面一级拆成的参差调谐拓宽了带宽，所以即使最后一级的调谐网络会减低带宽，也不会减弱太多。
参考图6，在本发明一实施例中，所述的功率合成电路200包括第三放大器A3、第四放大器A4和功率合成谐振网络，所述第三放大器A3与第四放大器A4并联，第三放大器的输出端与第四放大器的输出端均连接功率合成谐振网络的输入端。本实施将两个放大器并联连接至功率合成谐振网络，节省变压器的使用个数。
本发明所述的第三放大器A3与第四放大器A4为一个三层级联伪差分对；参考图7，第三放大器A3与第四放大器A4内部结构相同，均包括第一深N阱N-MOS管M3m、第二深N阱N-MOS管M3p、第三深N阱N-MOS管M2m、第四深N阱N-MOS管M2p、第一N-MOS管M1m、第二N-MOS管M1p、第一电阻R3m2、第二电阻R3p2、第三电阻R3m1、第四电阻R3p2、第五电阻R2m2、第六电阻R2p2、第七电阻R2m1和第八电阻R2p1；
在一优选实施例中，所述的第一深N阱N-MOS管M3m和第二深N阱N-MOS管M3p均为深N阱正常电压门限厚栅氧层N-MOS管，该管是个6端口器件，其深N阱通过一个大电阻(R3m2,R3p2)偏置在较高供电电压；其体端通过一个大电阻(R3m1,R3p1,10Kohm)分别接到自己的源极。其门级偏置在较高电压，使得pm,pp上的高压摆幅不超过其漏级-门级耐受极限。所述的第三深N阱N-MOS管M2m和第四深N阱N-MOS管M2p均为深N阱低电压门限薄栅氧层N-MOS管，深N阱低电压门限薄栅氧层NMOS，其是个6端口器件；其深N阱通过一个大电阻(R2m2,R2p2)偏置在较高电压。其体端通过一个大电阻(R2m1,R2p1,10Kohm)分别接到自己的源端。所述的第一N-MOS管M1m、第二N-MOS管M1p均为低电压门限薄栅氧层N-MOS管，其是个4端口器件；
所述的第一N-MOS管M1m、第二N-MOS管M1p、第三深N阱N-MOS管M2m和第四深N阱N-MOS管M2p的门限电压安排是为了降低导通电阻Ron，从而降低膝电压Vknee；因为Ron,Vknee和最大电流Imax有以下关系:
Vknee＝I×Ron (3)
从而提高功率放大器的效率；而最上面的第一深N阱N-MOS管M3m和第二深N阱N-MOS管M3p则是为了可靠性设计而存在的，去保护下面较脆弱的两个薄栅氧层的各个端口的压降摆幅都处于耐受范围内。
片上功率合成的方式，比不使用合成方式而使用一个更大转换比率的匹配网络去传输功率的设计来说，也会提高效率；如下式所示:
其中，ηtf为变压器功率传输效率；Q2 ind为其质量因子；r表示阻抗转换比率。
参考图7，在一优选实施例中，所述的第一深N阱N-MOS管M3m的深N阱连接第一电阻R3m2的一端，第一电阻R3m2的另一端连接第二电阻R3p2的一端并接Vdd，第二电阻R3p2的另一端连接第二深N阱N-MOS管M3p的深N阱；所述的第一深N阱N-MOS管M3m的体端连接第三电阻R3m1的一端，第三电阻R3m1的另一端连接第一深N阱N-MOS管M3m的源极并连接第三深N阱N-MOS管M2m的漏极；所述的第二深N阱N-MOS管M3p的体端连接第四电阻R3p2的一端，第四电阻R3p2的另一端连接第二深N阱N-MOS管M3p的源极并连接第四深N阱N-MOS管M2p的漏极；所述的第三深N阱N-MOS管M2m的深N阱连接第五电阻R2m2的一端，第五电阻R2m2的另一端连接第六电阻R2p2的一端并接Vdd，第六电阻R2p2的另一端连接第四深N阱N-MOS管M2p的深N阱；所述的第三深N阱N-MOS管M2m的体端连接第七电阻R2m1的一端，第七电阻R2m1的另一端连接第三深N阱N-MOS管M2m的源极并连接第一N-MOS管M1m的漏极；所述的第四深N阱N-MOS管M2p的体端连接第八电阻R2p1的一端，第八电阻R2p1的另一端连接第四深N阱N-MOS管M2p的源极并连接第二N-MOS管M1p的漏极；所述的第一N-MOS管M2p的源极连接第二N-MOS管M1p的源极并接VSS。
在一优选实施例中，本发明所有的放大器都是偏置在深AB类下，其管子参数的设置，以及偏置电压的设置，应使得深AB类操作得到实现。其中A1、A2的设计参数一样，设类型是AX；A3、A4的设计参数一样，设类型是AY；AX中，从上到下三个管子的宽度分别是AX.W1、AX.W2、AX.W3；那么AY中，三个管子的宽度，分别AY.W1、AY.W2、AY.W3；则有AX.W1＝a×AY.W1,AX.W2＝a×AY.W2,AX.W3＝a×AY.W3，其中a建议是1/32～1/2之间的一个数。
在一优选实施例中，本发明中的变压器，指CMOS射频集成电路中常见的片上平面螺旋变压器(Planar Spiral Transformer)和叠层式螺旋变压器(Stacked SpiralTransformer)，均可实现。设计应视应用场合及面积限制，选择合适的k(互感系数)，L1(主线圈自感值)，L2(次线圈自感值)，R，C，去设计足够的增益，足够的带宽；另外，谐振变压器网络需要设计成满足匹配要求，对于Txfmr3,Txfmr4的谐振网络，需要设计成满足输出饱和功率Psat的最优输出功率匹配(Optimal Power Matching)；对于Txfmr1和Txfmr2的谐振网络，需要设计成满足参差调谐带宽平坦性要求，且实现功率比a。
本发明参差调谐电路100和功率合成电路200连接的整体电路构架具体如下：
参考图8和9，图中Vdd为供电电压，Vcgi为偏置电压；A1、A2、A3和A4为放大器，在图9中，C0和C2是调谐电容，C1起到偶次谐波及共模分量抑制的作用，C3、C4、C5、C6、C7、C8和C9为调谐电容，应对工艺偏差，该调谐电容部分可以被由可编程开关电容阵列实现，并应该被本专利覆盖；在图8中，C10和C11是交流耦合电容；Txfmr0、Txfmr1、Txfmr2变压器的主级线圈与次级线圈都有中心抽头，是个6端口器件，其主级线圈中央抽头上应加入RC串联阵列以起到抑制自激及供电电压稳压作用；其次级线圈中央抽头上可选加入电容到地以抑制偶次谐波及共模飘移作用；Txfmr3、Txfmr4变压器的次级线圈无中心抽头；R3、R4是次级线圈的终断电阻，根据所需设计的系统带宽及其带内平整度去选择；R1、R2是偏置电阻，一般阻值>10kOhm的大电阻。
参考图8，当不含有输入级匹配时，对于Txfmr1和C3、C4、R3构成的谐振网络M2，和Txfmr2及C5、C6、R4构成的谐振网络M3，需要设计成满足带宽平坦性的参差调谐，且使得功率比a得以达到的形式；
参考图9，为含输入匹配型参差调谐架构，Txfmr3、Txfmr4及C7、C8、C9构成的功率合成谐振网络，需要设计成满足输出饱和功率Psat的最优输出功率匹配(Optimal PowerMatching)；对于Txfmr0、C0、C1、C2和R1构成的输入级匹配M1，对于Txfmr1和C3、C4、R3构成的谐振网络M2和Txfmr2及C5、C6、R4构成的谐振网络M3，需要设计成满足带宽平坦性的参差调谐，且使得功率比a得以达到的形式。
本实施例在先进的工艺节点，集成该架构的放大器芯片，对比已知架构，用同样数量的变压器(面积一样)，带内信号质量和带过滤，会更好；由于其带内平坦性好，因此，此架构尤其适合载波聚合通讯场合。
参考图10，该图为不含输入匹配型参差调谐的频率响应示意图，参考图11，为含输入匹配型参差调谐的频率响应示意图，图中横轴是频率(Hz)，竖轴是频率响应的模(dB)，8号线是系统输入至输出的频率响应曲线(图8对应图10，图9对应图11)；9号线是A1+M1的频率响应，它调谐的频点处于f0/alpha，10号线是A2+M2的频率效应，调谐的频点f0×alpha的频率响应，11号线是M1+A0频率响应图，它假设了输入匹配被A0所驱动，设所述A0为视情况而定加的驱动放大器，并未在电路(图9或者图8)中画出。
参考图11为重叠调谐时候的频率响应示意图，从该图中可知9号线是调谐在中心频率2.4G的放大器单独的频率响应，当这个放大器级联两个的时候，其系统的频率响应如绿线所示，可以看到带宽缩小，且带内增益响应平坦性变差；将图10和图11与图12进行对比可知，图10和图11带内都平整了，带宽增高了，然而带外抑制能力却无牺牲。
本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括所述的功率放大器，该电子设备包含上述功率放大器的所有实施例，因此，也具有与功率放大器的各实施例相同的技术效果，此处不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种功率放大器，其特征在于，包括参差调谐电路和包含两个伪差分对放大器的功率合成电路，其中，所述的参差调谐电路的输出端连接功率合成电路的输入端；
所述的参差调谐电路通过将前级匹配网络及其输入匹配拆成级联的调谐电路，并设置不同级的并联谐振网络的中央频率处在以设定关系错开的不同值上，并驱动后一级的功率合成电路；
所述的功率合成电路通过两个伪差分对放大器输出功率并进行合成，获得最终合成的功率放大信号。
2.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述的参差调谐电路包括输入匹配网络、第一放大器、第二放大器、第一中间级匹配网络和第二中间级匹配网络，所述的输入匹配网络的输出端连接第一放大器的输入端，第一放大器的输出端连接第一中间级匹配网络的输入端，第一中间级匹配网络的输出端连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接第二中间级匹配网络的输入端。
3.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述的参差调谐电路包括第一放大器、第二放大器、第一中间级匹配网络和第二中间级匹配网络，所述的第一放大器的输出端连接第一中间级匹配网络的输入端，第一中间级匹配网络的输出端连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接第二中间级匹配网络的输入端。
4.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述的设定关系具体为通过预设频率值与协调系数相乘或除获得不同级的并联谐振网络的中央频率，所述的预设频率值是功率放大器工作通带的中心频率，所述的协调系数根据所需系统带宽及其带内平整度获得。
5.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述的功率合成电路包括第三放大器、第四放大器和功率合成谐振网络，所述第三放大器与第四放大器并联，第三放大器的输出端与第四放大器的输出端均连接功率合成谐振网络的输入端。
6.如权利要求5所述的功率放大器，其特征在于，所述的第三放大器和所述第四放大器为一个三层级联伪差分对；第三放大器和所述第四放大器内部结构相同，均包括第一深N阱N-MOS管、第二深N阱N-MOS管、第三深N阱N-MOS管、第四深N阱N-MOS管、第一N-MOS管、第二N-MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，其中，所述的第一深N阱N-MOS管的深N阱连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端并接电源电压，第二电阻的另一端连接第二深N阱N-MOS管的深N阱；所述的第一深N阱N-MOS管的体端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第一深N阱N-MOS管的源极并连接第三深N阱N-MOS管的漏极；所述的第二深N阱N-MOS管的体端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第二深N阱N-MOS管的源极并连接第四深N阱N-MOS管的漏极；所述的第三深N阱N-MOS管的深N阱连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第六电阻的一端并接电源电压，第六电阻的另一端连接第四深N阱N-MOS管的深N阱；所述的第三深N阱N-MOS管的体端连接第七电阻的一端，第七电阻的另一端连接第三深N阱N-MOS管的源极并连接第一N-MOS管的漏极；所述的第四深N阱N-MOS管的体端连接第八电阻的一端，第八电阻的另一端连接第四深N阱N-MOS管的源极并连接第二N-MOS管的漏极；所述的第一N-MOS管的源极连接第二N-MOS管的源极并接地。
7.如权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述的第一深N阱N-MOS管和第二深N阱N-MOS管均为深N阱正常电压门限厚栅氧层N-MOS管。
8.如权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述的第三深N阱N-MOS管和第四深N阱N-MOS管均为深N阱低电压门限薄栅氧层N-MOS管。
9.如权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述的第一N-MOS管和第二N-MOS管均为低电压门限薄栅氧层N-MOS管。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至9任一项所述的功率放大器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019052566A1 (zh) * 2017-09-18 2019-03-21 深圳锐越微技术有限公司 功率放大器和电子设备

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11716056B2 (en) * 2020-12-02 2023-08-01 Texas Instruments Incorporated Power amplifier with series transformer combiners and harmonic tuning
CN115913139A (zh) * 2021-09-30 2023-04-04 锐磐微电子科技(上海)有限公司 推挽式射频功率放大电路及推挽式射频功率放大器
CN113922790B (zh) * 2021-10-11 2024-07-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于群时延调谐的功率合成电路及信号传输系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86201598U (zh) * 1986-03-17 1987-05-13 王经一 鉴相调谐参差谐振滤波测量电路
US4688006A (en) * 1985-10-02 1987-08-18 Hughes Aircraft Company Phase compensated hybrid coupler
CN101997496A (zh) * 2010-09-15 2011-03-30 爱斯泰克（上海）高频通讯技术有限公司 可重构功率放大器集成电路
US20120182084A1 (en) * 2010-08-24 2012-07-19 Zyw Microelectronics Inc Power synthesis circuit for radio frequency power amplifier
CN103311180A (zh) * 2013-05-17 2013-09-18 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种改善mmic功率放大器性能的芯片布局方法
CN105978515A (zh) * 2016-05-03 2016-09-28 华南理工大学 宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996021970A1 (fr) * 1995-01-12 1996-07-18 Takeshi Ikeda Circuit d'accord
US7652539B2 (en) * 2005-10-31 2010-01-26 Huai Gao Multi-stage broadband amplifiers
CN101510763B (zh) 2009-03-06 2011-11-16 电子科技大学 一种毫米波单片集成功率放大器
CN101895262B (zh) 2010-07-16 2013-06-05 中国兵器工业第二〇六研究所 一种毫米波段信号功率放大与合成方法
JP6386312B2 (ja) * 2014-09-09 2018-09-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
CN107592085B (zh) 2017-09-18 2018-09-07 深圳锐越微技术有限公司 功率放大器和电子设备

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4688006A (en) * 1985-10-02 1987-08-18 Hughes Aircraft Company Phase compensated hybrid coupler
CN86201598U (zh) * 1986-03-17 1987-05-13 王经一 鉴相调谐参差谐振滤波测量电路
US20120182084A1 (en) * 2010-08-24 2012-07-19 Zyw Microelectronics Inc Power synthesis circuit for radio frequency power amplifier
CN101997496A (zh) * 2010-09-15 2011-03-30 爱斯泰克（上海）高频通讯技术有限公司 可重构功率放大器集成电路
CN103311180A (zh) * 2013-05-17 2013-09-18 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种改善mmic功率放大器性能的芯片布局方法
CN105978515A (zh) * 2016-05-03 2016-09-28 华南理工大学 宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019052566A1 (zh) * 2017-09-18 2019-03-21 深圳锐越微技术有限公司 功率放大器和电子设备
US11057008B2 (en) 2017-09-18 2021-07-06 Radiawave Technologies Co., Ltd. Power amplifier and electronic device

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