CN111181508B - 高线性射频功率放大器 - Google Patents

高线性射频功率放大器 Download PDF

Info

Publication number
CN111181508B
CN111181508B CN202010119483.2A CN202010119483A CN111181508B CN 111181508 B CN111181508 B CN 111181508B CN 202010119483 A CN202010119483 A CN 202010119483A CN 111181508 B CN111181508 B CN 111181508B
Authority
CN
China
Prior art keywords
amplifier
power amplifier
bias voltage
radio frequency
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010119483.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111181508A (zh
Inventor
任江川
戴若凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Original Assignee
Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp filed Critical Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority to CN202010119483.2A priority Critical patent/CN111181508B/zh
Publication of CN111181508A publication Critical patent/CN111181508A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111181508B publication Critical patent/CN111181508B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/24—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/42—Amplifiers with two or more amplifying elements having their dc paths in series with the load, the control electrode of each element being excited by at least part of the input signal, e.g. so-called totem-pole amplifiers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本申请公开了一种高线性射频功率放大器，涉及射频前端集成电路领域。该高线性射频功率放大器包括设置在射频输入端和射频输出端之间的激励放大器和两个功率放大器；激励放大器与功率放大器连接；每个功率放大器包括两个共源共栅放大器；第一功率放大器中共源放大器的栅极连接第一偏置电压，第二功率放大器中共源放大器的栅极连接第二偏置电压，第一偏置电压与第二偏置电压不同；第一功率放大器中共栅放大器的栅极连接第三偏置电压，第二功率放大器中的栅极连接第四偏置电压，第三偏置电压与第四偏置电压不同解决了现有的射频功率放大器难以满足严格线性度需求的问题，实现了提高射频功率放大器的线性度的效果。

Description

高线性射频功率放大器
技术领域
本申请涉及射频前端集成电路领域，具体涉及一种高线性射频功率放大器。
背景技术
诸如LTE和IEEE802.11ac之类的无线通信标准，要求射频前端模块具有极高的线性度，射频功率放大器作为一个发射系统中的重要组成部分，对整个系统的线性度起着至关重要的作用。
目前采用CMOS器件的射频功率放大器没有好的线性化手段来令其满足严格的线性度需求。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种高线性射频功率放大器。技术方案如下：
一方面，本申请实施例提供了一种高线性射频功率放大器，包括设置在射频输入端和射频输出端之间的激励放大器和两个功率放大器；
激励放大器通过第一变压器与射频输入端连接，激励放大器的输出端与两个功率放大器的输入端分别连接，两个功率放大器的输出端分别通过第二变压器与射频输出端连接；
每个功率放大器包括两个共源共栅放大器；
第一功率放大器中共源放大器的栅极连接第一偏置电压，第二功率放大器中共源放大器的栅极连接第二偏置电压，第一偏置电压与第二偏置电压不同；
第一功率放大器中共栅放大器的栅极连接第三偏置电压，第二功率放大器中的栅极连接第四偏置电压，第三偏置电压与第四偏置电压不同。
可选的，第一功率放大器中共源放大器的栅极通过电阻连接第一偏置电压，第二功率放大器中共源放大器的栅极通过电阻连接第二偏置电压；
第一偏置电压接近A类，第二偏置电压接近B类。
可选的，第一功率放大器中共栅放大器的栅极通过电阻连接第三偏置电压，第二功率放大器中共栅放大器的栅极通过电阻连接第四偏置电压；
第三偏置电压大于第四偏置电压。
可选的，两个功率放大器中共栅放大器的漏极连接第二变压器的原边，第二变压器的副边连接射频输出端。
可选的，第二变压器原边的中端通过电感接电源电压；
第二变压器的副边还连接有电容。
可选的，激励放大器包括两个共源共栅放大器；
激励放大器中共源放大器的栅极连接第一变压器的副边，激励放大器中共栅放大器的漏极分别连接功率放大器中共源放大器的栅极。
可选的，激励放大器中共栅放大器的栅极通过电阻接第五偏置电压；
第一变压器副边的中端通过电阻接第六偏置电压，第六偏置电压用于为激励放大器中共源放大器的栅极提供偏置电压。
可选的，第一变压器的原边还连接有电容；
激励放大器中共栅放大器的漏极还通过电感连接电源电压。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
本申请实施例提高的高线性射频功率放大器，包括设置在射频输入端和射频输出端之间的激励放大器和两个功率放大器，激励放大器通过第一变压器与射频输入端连接，两个功率放大器通过第二变压器与射频输出端连接，每个功率放大器包括两个共源共栅放大器；通过将功率放大器中的共源级分为两个部分，两个部分的共源级分别偏置不同的电压，将功率放大器中的共栅极分为两个部分，两个部分的共栅级分别偏置不同的电压，提高功率放大器中共源共栅放大器的线性度；解决了现有的射频功率放大器难以满足严格线性度需求的问题，实现了提高射频功率放大器的线性度的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种高线性射频功率放大器的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种高线性射频功率放大器的电路原理图；
图3是本申请实施例提供的误差矢量幅度随输出功率变化的曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参考图1，其示出了本申请实施例提供的一种高线性射频功率放大器的结构示意图。
该高线性射频功率放大器包括设置在射频输入端RFIN和射频输出端RFOUT之间的激励放大器和两个功率放大器。
激励放大器通过第一变压器与射频输入端连接，激励放大器的输出端与两个功率放大器的输入端分别连接，两个功率放大器的输出端分别通过第二变压器与射频输出端连接。
每个功率放大器包括两个共源共栅放大器。
第一功率放大器中共源放大器的栅极连接第一偏置电压VBCS_PA_1，第二功率放大器中共源放大器的栅极连接第二偏置电压VBCS_PA_2，第一偏置电压VBCS_PA_1与第二偏置电压VBCS_PA_1不同。
第一功率放大器中共栅放大器的栅极连接第三偏置电压VBCG_PA_1，第二功率放大器中的共栅放大器的栅极连接第四偏置电压VBCG_PA_2，第三偏置电压VBCG_PA_1与第四偏置电压VBCG_PA_2不同。
通过将功率放大器中的共源级分为两个部分，两个部分的共源级分别偏置不同的电压，将功率放大器中的共栅极分为两个部分，两个部分的共栅级分别偏置不同的电压，提高了功率放大器中共源共栅放大器的线性度，实现提高射频功率放大器的线性度的效果。
可选的，第一偏置电压接近A类；第二偏置电压接近B类。
可选的，第二偏置电压在深AB类。
可选的，第三偏置电压大于第四偏置电压。
请参考图2，其示例性地使出了本申请实施例提供的一种高线性射频功率放大器的电路原理图。
在第一功率放大器中，NMOS管MN05和NMOS管MN07构成一个共源共栅放大器，NMOS管MN06和NMOS管MN08构成一个共源共栅放大器；在第二功率放大器中，NMOS管MN09和NMOS管MN11构成一个共源共栅放大器，NMOS管MN10和NMOS管MN12构成一个共源共栅放大器。
第一功率放大器中共源放大器的栅极通过电阻连接第一偏置电压，第二功率放大器中共源放大器的栅极连接第二偏置电压。
如图2所示，在第一功率放大器中，NMOS管MN05的栅极通过电阻R03连接第一偏置电压VBCS_PA_1，NMOS管MN06的栅极通过电阻R04连接第一偏置电压VBCS_PA_1；在第二功率放大器中，NMOS管MN09的栅极通过电阻R05连接第一偏置电压VBCS_PA_1，NMOS管MN010的栅极通过电阻R06连接第一偏置电压VBCS_PA_1。
NMOS管MN05和NMOS管MN06偏置在接近A类，NMOS管MN09和NMOS管MN10偏置在深AB类(接近B类)，最终的等效的输入跨导可以在很宽的输入功率范围内保持线性。
第一功率放大器中共栅放大器的栅极通过电阻连接第三偏置电压，第二功率放大器中共栅放大器的栅极通过电阻连接第四偏置电压。
如图2所示，在第一功率放大器中，NMOS管MN07的栅极通过电阻R07连接第三偏置电压VBCG_PA_1，NMOS管MN08的栅极通过电阻R07连接第三偏置电压VBCG_PA_1；在第二功率放大器中，NMOS管MN11的栅极通过电阻R08连接第四偏置电压VBCG_PA_2，NMOS管MN12的栅极通过电阻R08连接第四偏置电压VBCG_PA_2。
在一个例子中，假设电源电压为2.5V,第三偏置电压VBCG_PA_1设置为2.5V，第四偏置电压VBCG_PA_2设置为2.1V。
对于共栅级来说，高的栅极偏置保证一个比较小的增益变化，但高的栅极偏置在高功率输出时，其三阶交调分量比较大，而低的栅极偏置在高功率输出时，其三阶交调分量比较小，将共栅级分为两个部分，一个部分偏置较高的电压，另一个部分偏置较低的电压，令三阶交调分量和增益变化起到了折中效果，即既保证了小的增益变化，又保证了小的三阶交调分量。
两个功率放大器中共栅放大器的漏极连接第二变压器的原边，第二变压器的副边连接射频输出端。
第二变压器原边的中端通过电感接电源电压；第二变压器的副边还连接有电容。
如图2所示，第一功率放大器中NMOS管MN07的漏极和NMOS管MN08的漏极连接第二变压器T02的原边，第二功率放大器中NMOS管MN11的漏极和NMOS管MN12的漏极连接第二变压器T02的原边。
第二变压器T02的原边连接有电容C10，第二变压器T02的副边连接有电容C12。第二变压器T02原边的中端通过电感L02接电源电压VDD，第二变压器T02原边的中端还连接有接地电容C11。
NMOS管MN05的源极和NMOS管MN06的源极分别接地，NMOS管MN09的源极和NMOS管MN10的源极分别接地，NMOS管MN07的栅极和NMOS管MN08的栅极还连接有接地电容C08，NMOS管MN11的栅极和NMOS管MN12的栅极还连接有接地电容C09。
激励放大器包括两个共源共栅放大器。
激励放大器中共源放大器的栅极连接第一变压器的副边，激励放大器中共栅放大器的漏极分别连接功率放大器中共源放大器的栅极。
激励放大器中共栅放大器的栅极通过电阻接第五偏置电压；
第一变压器副边的中端通过电阻接第六偏置电压，第六偏置电压用于为激励放大器中共源放大器的栅极提供偏置电压。
第一变压器的原边还连接有电容；
激励放大器中共栅放大器的漏极还通过电感连接电源电压。
图2所示，在激励放大器中，NMOS管MN01和NMOS管MN03构成一个共源共栅放大器，NMOS管MN02和NMOS管MN04构成一个激励放大器。
NMOS管MN01的栅极连接第一变压器T01的副边，NMOS管MN02的栅极连接第一变压器T01的副边。
NMOS管MN03的漏极通过电容C04连接NMOS管MN05的栅极，NMOS管MN03的漏极通过电容C06连接NMOS管MN09的栅极；NMOS管MN04的漏极通过电容C05连接NMOS管MN06的栅极，NMOS管MN04的漏极通过电容C07连接NMOS管MN10的栅极。
NMOS管MN03的栅极和NMOS管MN04的栅极通过电阻R02接第五偏置电压VBCG_DA。
第一变压器T01副边的中端还通过电阻R01接第六偏置电压VBCS_DA，第六偏置电压VBCS_DA用于为NMOS管MN01的栅极、NMOS管MN02的栅极提供偏置电压。
第一变压器T01的原边还连接有电容C01。NMOS管MN01的栅极和NMOS管MN02的栅极接地。NMOS管MN03的漏极和NMOS管MN04的漏极通过电感L01接电源电压VDD。
图3示例性地示出了误差矢量幅度(EVM)随输出功率(Pout)变化的曲线图，曲线31对应本申请实施例提供的高线性射频功率放大器，曲线32对应现有的射频功率放大器，对于3％的误差矢量幅度要求，本申请实施例提供的射频功率放大器相对于现有的射频功率放大器，线性的平均输出功率增加了2.5dB。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种高线性射频功率放大器，其特征在于，包括设置在射频输入端和射频输出端之间的激励放大器和两个功率放大器；
所述激励放大器通过第一变压器与射频输入端连接，所述激励放大器的输出端与所述两个功率放大器的输入端分别连接，其中，一个所述功率放大器的输出端通过第二变压器与所述射频输出端连接，另一个所述功率放大器的输出端也通过所述第二变压器与所述射频输出端连接；
每个功率放大器包括两个共源共栅放大器；
第一功率放大器中共源放大器的栅极连接第一偏置电压以使所述第一功率放大器中共源放大器工作在A类，第二功率放大器中共源放大器的栅极连接第二偏置电压以使第二功率放大器中共源放大器工作在B类；
所述第一功率放大器中共栅放大器的栅极连接第三偏置电压，所述第二功率放大器中的栅极连接第四偏置电压，所述第三偏置电压大于所述第四偏置电压。
2.根据权利要求1所述的高线性射频功率放大器，其特征在于，所述第一功率放大器中共源放大器的栅极通过电阻连接所述第一偏置电压，第二功率放大器中共源放大器的栅极通过电阻连接所述第二偏置电压。
3.根据权利要求1所述的高线性射频功率放大器，其特征在于，所述第一功率放大器中共栅放大器的栅极通过电阻连接所述第三偏置电压，所述第二功率放大器中共栅放大器的栅极通过电阻连接所述第四偏置电压。
4.根据权利要求1所述的高线性射频功率放大器，其特征在于，所述两个功率放大器中共栅放大器的漏极连接所述第二变压器的原边，所述第二变压器的副边连接所述射频输出端。
5.根据权利要求4所述的高线性射频功率放大器，其特征在于，所述第二变压器原边的中端通过电感接电源电压；
所述第二变压器的副边还连接有电容。
6.根据权利要求1所述的高线性射频功率放大器，其特征在于，所述激励放大器包括两个共源共栅放大器；
所述激励放大器中共源放大器的栅极连接所述第一变压器的副边，所述激励放大器中共栅放大器的漏极分别连接所述功率放大器中共源放大器的栅极。
7.根据权利要求6所述的高线性射频功率放大器，其特征在于，所述激励放大器中共栅放大器的栅极通过电阻接第五偏置电压；
所述第一变压器副边的中端通过电阻接第六偏置电压，所述第六偏置电压用于为所述激励放大器中共源放大器的栅极提供偏置电压。
8.根据权利要求6或7所述的高线性射频功率放大器，其特征在于，所述第一变压器的原边还连接有电容；
所述激励放大器中共栅放大器的漏极还通过电感连接电源电压。
CN202010119483.2A 2020-02-26 2020-02-26 高线性射频功率放大器 Active CN111181508B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010119483.2A CN111181508B (zh) 2020-02-26 2020-02-26 高线性射频功率放大器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010119483.2A CN111181508B (zh) 2020-02-26 2020-02-26 高线性射频功率放大器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111181508A CN111181508A (zh) 2020-05-19
CN111181508B true CN111181508B (zh) 2023-08-22

Family

ID=70656902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010119483.2A Active CN111181508B (zh) 2020-02-26 2020-02-26 高线性射频功率放大器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111181508B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106712729A (zh) * 2016-12-21 2017-05-24 锐迪科微电子（上海）有限公司 一种高线性度的cmos功率放大器
CN106899271A (zh) * 2017-01-10 2017-06-27 锐迪科微电子（上海）有限公司 一种互补式功率放大器
CN109889163A (zh) * 2019-02-27 2019-06-14 上海华虹宏力半导体制造有限公司 基于变压器的Doherty功率放大器
CN109951160A (zh) * 2019-02-27 2019-06-28 上海华虹宏力半导体制造有限公司 基于变压器的Doherty功率放大器
CN109951159A (zh) * 2019-02-27 2019-06-28 上海华虹宏力半导体制造有限公司 基于变压器的Doherty功率放大器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106712729A (zh) * 2016-12-21 2017-05-24 锐迪科微电子（上海）有限公司 一种高线性度的cmos功率放大器
CN106899271A (zh) * 2017-01-10 2017-06-27 锐迪科微电子（上海）有限公司 一种互补式功率放大器
CN109889163A (zh) * 2019-02-27 2019-06-14 上海华虹宏力半导体制造有限公司 基于变压器的Doherty功率放大器
CN109951160A (zh) * 2019-02-27 2019-06-28 上海华虹宏力半导体制造有限公司 基于变压器的Doherty功率放大器
CN109951159A (zh) * 2019-02-27 2019-06-28 上海华虹宏力半导体制造有限公司 基于变压器的Doherty功率放大器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111181508A (zh) 2020-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7138876B2 (en) Use of a thick oxide device as a cascode for a thin oxide transconductance device in MOSFET technology and its application to a power amplifier design
EP2465198B1 (en) Amplifier with variable matching circuit to improve linearity
US7768350B2 (en) Output gain stage for a power amplifier
US10965261B2 (en) Power amplifier circuit
JP4559498B2 (ja) アクティブミキサ回路並びにそれを用いた受信回路及びミリ波通信端末
US7936217B2 (en) High-linearity complementary amplifier
US7834698B2 (en) Amplifier with improved linearization
EP2409400B1 (en) Common-gate common-source amplifier
CN111313849B (zh) 高线性射频功率放大器
JP5879547B2 (ja) スルーモード付き低雑音増幅器
US20060028280A1 (en) Modulation dependent biasing for efficient and high linearity power amplifiers
CN102790593A (zh) 一种电阻并联反馈式差分低噪声放大器
EP2624448A1 (en) Low-noise amplifier
US8432217B2 (en) Amplifier
CN104779920A (zh) 基于闭环功率控制的共源共栅射频功率放大器
US20140266390A1 (en) Transconductance circuit and frequency mixer
US6995616B2 (en) Power amplifier having cascode architecture with separately controlled MOS transistor and parasitic bipolar transistor
CN111181508B (zh) 高线性射频功率放大器
US9306505B2 (en) Low-noise amplifier circuit
US10911007B2 (en) High-frequency amplifier circuitry and semiconductor device
US20110109392A1 (en) Low noise amplifier
CN111211739A (zh) 负载调制功率放大器
US20050079836A1 (en) Power amplifier having enhanced swing cascode architecture
Mak et al. A High-Voltage-Enabled Mobile-TV RF Front-End in 90-nm CMOS
US20140266463A1 (en) Linear amplifier arrangement for high-frequency signals

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant