CN112311335A

CN112311335A - 一种用于sub-6G频段的功率放大器

Info

Publication number: CN112311335A
Application number: CN201910668781.4A
Authority: CN
Inventors: 陈磊
Original assignee: Hangzhou Lingxin Microelectronics Co ltd
Current assignee: Hangzhou Lingxin Microelectronics Co ltd
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2021-02-02

Abstract

本发明公开了一种用于sub‑6G频段的功率放大器，包括：一互补式功率放大器电路，其偏置电压由基准电压电路提供；一启动电路，一正温度系数基准电路，一负温度系数基准电路，一偏置电压电路，分别与所述正温度系数基准电路和负温度系数基准电路相连接，将所述第一偏置电流和第二偏置电流按一定比例设置，并最终产生基准电压；本发明通过互补式结构和温度补偿来提高和稳定功率放大器的线性度指标。

Description

一种用于sub-6G频段的功率放大器

技术领域

本发明涉及功率放大器，尤其涉及一种用于sub-6G频段的功率放大器。

背景技术

功率放大器广泛地应用在各种无线通讯设备及电子系统中，尤其是目前的5G通讯网络，目前的5G通讯网络集中的频率都在6GHz以下，因此也称为sub-6G频段。在5G通讯中，都需要具有较高线性度指标，并且要求线性度指标的一致性要好。

在传统的功率放大器电路中，线性度指标都不高，而且每个功率放大器的线性度指标随着环境温度变化也有较大的变化，其一致性不够好，而且样品和样品之间的差异也较大。

功率放大器受温度影响往往和偏置电路存在一定关系，因而偏置电路特性的好坏直接影响功率放大器的性能，因为当偏置电压随温度发生变化时，功率放大器的稳定性会变化，其线性度指标也会变化较大，一致性就会变差。因而需要具有温度补偿的偏置电路来给功率放大器提供偏置，以保证实际环境中功率放大器能稳定工作。有的系统中是采用带隙基准电路产生基准电压，可以较好解决传统功率放大器的偏置电压的温度特性，但是这种结构需要采用寄生PNP管，还需要运放，结构比较复杂而且功耗很大。

综上所述，功率放大器需要较高的线性度指标，同时也要求工作稳定，尽量不受温度影响，因此，实有必要提出改进的技术手段，来解决此问题。

发明内容

为克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种用于sub-6G频段的功率放大器，具有较高的线性度指标，同是也不受稳定影响，从而保证功率放大器的发射性能，保证其性能的一致性较好。

为达上述及其它目的，本发明提供一种功率放大器，其至少包括：

一互补式功率放大器电路，提高功率放大器的线性度指标；

一启动电路，用于完成所述功率放大器基准电压电路的启动；

一正温度系数基准电路，与所述启动电路相连接，用于产生第一偏置电流，并随温度的升高而升高；

一负温度系数基准电路，与所述正温度系数基准电路相连接，用于产生第二偏置电流，并随温度的升高而降低，对所述正温度系数基准电路进行补偿；

一偏置电压电路，分别与所述正温度系数基准电路和负温度系数基准电路相连接，将所述第一偏置电流和第二偏置电流按一定比例设置，并最终产生基准电压；

本发明同时采用了正温度系数基准电路和负温度系数基准电路，这两个电路产生的偏置电流合并在一起后，就具有温度补偿作用，最后在电阻上产生的基准电压随温度变化的影响就比较小，保证了功率放大器在高低温工作时，偏置电压不受温度影响，因而线性度指标也基本不受温度的影响，提高了功放的整体信号发射性能，也使得功放具有较好的一致性。

本发明和传统的功率放大器相比，采用互补式结构，有效提高了功率放大器的线性度，同时采用零温度系数的偏置电压，保证了线性度指标不受温度的影响，最终保证了性能具有较好的一致性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种用于sub-6G频段的功率放大器电路图。

具体实施方式

结合图1所示，在下面的实施例中，所述功率放大器，包括：一启动电路，一正温度系数基准电路，一负温度系数基准电路，一偏置电压电路，一互补式功率放大器电路。所述电路的电源电压VDD，当电源电压VDD较为稳定时就产生稳定的偏置电流或偏置电压。在本实施例中将产生稳定的第一偏置电流ib1和第二偏置电流ib2，最终产生稳定的基准电压VREF，为功放电路提供稳定的偏置电压。

所述启动电路由电容C1、NMOS管M1和NMOS管M2构成。电容C1的一端与电源电压VDD连接，另一端与所述M1管的漏极和M2管的栅极相连接。M1管和管的源极接地。当上电的瞬间，电源电压VDD是个高电压，电容C1两端电压不会突变，所以M2管的栅端也是个高电压，M2管处于导通状态，从而就会产生一股小电流流过正温度系数基准电路中M4管和M2管。第二PMOS管M4中流过电流，正温度系数基准电路中的M3管就能镜像电流，负温度系数基准电路中的M14管也同样镜像电流。这样正温度系数基准电路和负温度系数基准电路中就都产生了基准偏置电流。此时M1管也导通，将M2管的栅极电压拉到零，从而就完成了整个电路的启动。

所述正温度系数基准电路是一个典型的正温度系数基准电路，由PMOS管M3、PMOS管M4、NMOS管M5、NMOS管M6和电阻R1构成。M3管和M4管的源极与电源电压VDD相连接。M3管的漏极与M5管的漏极、M5管的栅极、M6管的栅极和所述启动电路中的M1管的栅极相连接。M3管的栅极与M4管的栅极、M4管的漏极、M6管的漏极和所述启动电路中的M2管漏极相连接。M5管的源极接地。M6管的源极与电阻R1的一端相连接，电阻R1的另一端接地。

所述负温度系数基准电路由PMOS管M14，NMOS管M8，PMOS管M9，PMOS管M10，NMOS管M11，电阻R2构成。M14管的源极，M9管的源极，管的源极与电源电压相连接；M14管的栅极与所述正温度系数基准电路中的M4管的栅极相连接；M14管的漏极与M8管的漏极，M11管的栅极相连接；M8管的栅极与电阻R2的一端，M10管的漏极相连接；M9管的栅极与M10管的栅极，M9管的漏极，M11管的漏极相连接；M8管的源极，M11管的源极和电阻R2的另一端分别接地。CMOS管的温度特性研究指出，当CMOS管的栅源电压Vgs低于一个与温度有关的特定偏置点时，它就随温度的增加而减小，因此具有负温度系数特性。

所述偏置电压电路由PMOS管M12，PMOS管M13，电阻R3构成；M12管的源极和M13管的源极与电源电压VDD相连接；M12管的栅极与所述负温度系数基准电路中的M9管的栅极相连接；M13管的栅极与所述正温度系数基准电路中的M4管的栅极相连接；M12管的漏极与M13管的漏极和电阻R3的一端相连接，其节点作为基准电压VREF的输出端；电阻R3的另一端接地。

所述偏置电压电路将负温度系数基准电路产生的第二偏置电流ib1和正温度系数基准电路产生的第一偏置电流ib2按一定比例设置，最终得到一个随温度变化较小的一个偏置电流值。以典型的0.18µm工艺为例仿真，在-40℃时，所述偏置电压电路产生的基准电压为610.2mV；在常温27℃时，产生的基准电压为608.1mV；当温度为100℃时，基准电压为609.5mV。

同样以0.18um工艺为例仿真，当偏置电压为600mv时，其反应线性度的指标1dB压缩点为29dBm，当偏置电压为610mv时，其1dB压缩点为30.6dBm，当偏置电压为620mv时，其1dB压缩点为31.9dBm，可以看出偏置电压变化时，其1dB压缩点也在变化，这将不利于功率放大器的稳定输出，而且偏置电压偏离设计值，还会导致功放不稳定工作。因此加入了温度补偿偏置电路，功率放大器的线性度指标就比较稳定，一致性也比较好，功放工作还更加稳定。

所述互补式功率放大器电路由NMOS管M15，PMOS管M16，电感L1，电感L2，电感L3，输入匹配网络和输出匹配网络构成；基准电压VREF通过电感L1连接M15管的栅极和M16管的栅极；M15管的源极通过电感L2接地；M16管的漏级接地；电源电压VDD通过电感L3连接M15管的漏级和M16管的源极；M15管的栅极和M16管的栅极相连，并连接至输入匹配网络的一端，输入匹配网络的另外一端为信号输入端，M15管的漏级和M16管的源极连接在一起并和输出匹配网络相连，输出匹配网络的另外一端作为信号输出端。

M15管先与电感L2串联，该串联支路再与M16管并联，由此得到核心的放大器电路。NMOS管与PMOS管的栅极电容在输入信号幅度增大时变化趋势相反，因此组成互补式结构，从而提升功放的线性度。同时第二电感也能进一步改善非线性电容的补偿效果，这是由于电感和电容的传输函数表达式符号相反，串联电感相当于一部分栅极输入电容谐振，可以部分地抵消栅极输入电容的容性，使NMOS管输入电容变化范围减小。

在本实施例中，C1容值是1pF，M1的尺寸是1um/0.18um，M2的尺寸是2um/0.18um，M3的尺寸是4um/4um，M4的尺寸是4um/4um，M5的尺寸是2um/4um，M6的尺寸是2um/4um，R1的阻值是120k欧姆，M14的尺寸是1um/4um，M11的尺寸是1um/4um，M8的尺寸是1um/0.5um，M9的尺寸是4um/4um，M10的尺寸是4um/4um，R2的阻值是84k欧姆，M12的尺寸是4um/4um，M13的尺寸是4um/4um，电阻R3的阻值是560k欧姆，电感L1的值是5nH，M15的尺寸是120um/0.18um，M16尺寸是120um/0.18um，电感L2的值是15nH，电感L3的值是2.5nH，输入匹配和输出匹配需要根据具体工作频率来调整。

虽然本发明利用具体的实施例进行说明，但是对实施例的说明并不限制本发明的范围。本领域内的熟练技术人员通过参考本发明的说明，在不背离本发明的精神和范围的情况下，容易进行各种修改或者可以对实施例进行组合，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于sub-6G频段的功率放大器，包括：

一互补式功率放大器电路，提供一种高线性度的CMOS功率放大器，其偏置电压由基准电压电路提供；

一偏置电压电路，分别与所述正温度系数基准电路和负温度系数基准电路相连接，将所述第一偏置电流和第二偏置电流按一定比例设置，并最终产生基准电压。

2.如权利要求1所述的一种功率放大器，其特征在于：所述的互补式功率放大器电路由NMOS管（M15），PMOS管(M16)，电感(L1)，电感(L2)，电感(L3)，输入匹配网络和输出匹配网络构成，基准电压VREF通过电感L1连接M15管的栅极和M16管的栅极，M15管的源极通过电感L2接地，M16管的漏级接地，电源电压VDD通过电感L3连接M15管的漏级和M16管的源极，M15管的栅极和M16管的栅极相连，并连接至输入匹配网络的一端，输入匹配网络的另外一端为信号输入端，M15管的漏级和M16管的源极连接在一起并和输出匹配网络相连，输出匹配网络的另外一端作为信号输出端；所述启动电路由电容（C1）、NMOS管（M1）和NMOS管（M2）构成；电容C1的一端与电源电压VDD连接，另一端与所述M1管的漏极和M2管的栅极相连接；M1管和M2管的源极接地；如权利要求1所述的正温度系数基准电路由PMOS管（M3）、PMOS管（M4）、NMOS管（M5）、NMOS管（M6）和电阻（R1）构成，M3管和M4管的源极与电源电压VDD相连接，M3管的漏极与M5管的漏极、M5管的栅极、M6管的栅极和所述启动电路中的M1管的栅极相连接，M3管的栅极与M4管的栅极、M4管的漏极、M6管的漏极和所述启动电路中的M2管漏极相连接，M5管的源极接地，M6管的源极与电阻R1的一端相连接，电阻R1的另一端接地；如权利要求1所述的负温度系数基准电路由PMOS管（M14），NMOS管（M8），PMOS管（M9），PMOS管（M10），NMOS管（M11），电阻（R2）构成；M14管的源极，M9管的源极，M10管的源极与电源电压相连接，M14管的栅极与所述正温度系数基准电路中的M4管的栅极相连接，M14管的漏极与M8管的漏极，M11管的栅极相连接，M8管的栅极与电阻R4的一端，M10管的漏极相连接，M9管的栅极与M10管的栅极，M9管的漏极，M11管的漏极相连接，M8管的源极，M11管的源极和电阻R2的另一端分别接地；如权利要求1所述的偏置电压电路由PMOS管（M12），PMOS管（M13），电阻（R3）构成，M12管的源极和M13管的源极与电源电压VDD相连接，M12管的栅极与所述负温度系数基准电路中的M9管的栅极相连接，M13管的栅极与所述正温度系数基准电路中的M4管的栅极相连接，M12管的漏极与M13管的漏极和电阻R3的一端相连接，其节点作为基准电压VREF的输出端，电阻R3的另一端接地。