CN114362686A - 一种基于交调对消技术的放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交调对消技术的放大器，包括输入匹配网络、主路AB类有源自偏置放大网络、副路C类有源自偏置对消网络、输出匹配网络。本发明采用有源自偏置改进型达林顿放大结构可以显著提升放大器的高频增益特性，改善隔离度指标，同时结合交调对消技术，利用副路C类有源自偏置对消网络的正向三阶交调分量，抵消主路AB类有源自偏置放大网络的负向三阶交调分量，从而改善放大器的IP3指标和P1dB指标，并且功耗较低，电路结构相对较简单。

Description

一种基于交调对消技术的放大器

技术领域

本发明属于5G通信和集成电路技术领域，具体涉及一种基于交调对消技术的放大器的设计。

背景技术

随着CATV系统、光纤收发器、仪表系统、基站预驱动放大器等关键电子装备的快速发展，其带宽速率指标不断提升，因此导致市场对于其中驱动放大器的线性度指标提出了更高的要求。

为了提高驱动放大器芯片的线性化指标，在进行芯片设计的时候，可以采用如下一些技术手段，但是这些手段均存在一些不足：

(1)功率回退技术，即选用功率较大的晶体管作为小功率晶体管，让放大器工作在回退的线性放大区域获得高线性度指标，但是是以牺牲直流功耗为代价的，放大器的效率较低。

(2)模拟预失真技术，由于芯片设计阶段可以采用增加二极管等结构的模拟预失真电路来实现，但是由于预失真技术的改善空间比较有限，改善效果不佳。

(3)前馈技术，工作增加耦合电路、衰减电路、功率合成电路、延迟电路等结构，利用放大器的交调分量抵消技术改善放大的线性度指标，这种方法改善效果好，但是电路结构极其复杂，很难片上集成。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于交调对消技术的放大器，基于有源自偏置改进型达林顿放大结构，结合交调对消技术，实现一种宽动态范围下的高线性度指标、具有较高的高频高增益指标及较低功耗的放大器结构。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于交调对消技术的放大器，包括输入匹配网络、主路AB类有源自偏置放大网络、副路C类有源自偏置对消网络和输出匹配网络；

所述输入匹配网络的输入端作为放大器的射频输入端，其输出端分别与主路AB类有源自偏置放大网络的输入端和副路C类有源自偏置对消网络的输入端连接；

所述主路AB类有源自偏置放大网络的输出端和副路C类有源自偏置对消网络的输出端均与输出匹配网络的输入端连接，所述输出匹配网络的输出端作为放大器的射频输出端。

本发明的有益效果为：采用有源自偏置改进型达林顿放大结构可以显著提升放大器的高频增益特性，改善隔离度指标，同时结合交调对消技术，利用副路C类有源自偏置对消网络的正向三阶交调分量，抵消主路AB类有源自偏置放大网络的负向三阶交调分量，从而改善放大器的IP3指标和P1dB指标，并且功耗较低，电路结构相对较简单。

进一步地，所述输入匹配网络包括电容C₁、接地电容C₂、接地电感L₁和电感L₂；

所述电容C₁的一端作为所述输入匹配网络的输入端，并与所述接地电感L₁连接，所述电容C₁的另一端分别与接地电容C₂和电感L₂的一端连接，所述电感L₂的另一端作为所述输入匹配网络的输出端。

上述进一步方案的有益效果为：该输入匹配网络具有ESD保护功能，保护电路放大器输入端免于外部ESD应力的威胁，同时采用LC匹配直接可以实现良好的输入阻抗匹配功能。

进一步地，所述主路AB类有源自偏置放大网络包括电容C₃、电容C₄、电容C₅、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇、电感L₃、三极管Q₁、三极管Q₂和三极管Q₃；

所述电阻R1的一端作为所述主路AB类有源自偏置放大网络的输入端，并分别与电阻R₂的一端、晶体管Q₁的集电极和晶体管Q₂的基极，所述电阻R₁的另一端与电容C₃的一端连接，所述电阻R₂的另一端分别与电容C₃的另一端、接地电容C₄和电阻R₃的一端连接，所述电阻R₃的另一端分别与晶体管Q₂的集电极、晶体管Q₃的集电极和电感L₃的一端连接，所述电感L₃的另一端作为所述主路AB类有源自偏置放大网络的输出端，所述晶体管Q₁的基极分别与接地电容C₅和电阻R₄的一端连接，所述电阻R₄的另一端分别与接地电阻R₅、晶体管Q₂的发射极和晶体管Q₃的基极连接，所述晶体管Q₁的发射极与接地电阻R₆连接，所述晶体管Q₃的发射极与接地电阻R₇连接。

上述进一步方案的有益效果为：采用有源自偏置改进型达林顿放大结构可以显著提升放大器的高频增益特性，改善隔离度指标，同时采用基于晶体管Q1的自偏置结构，可以改善温度响应敏感度，简化供电电路，同时将自偏置放大器偏置在AB类状态，可以获得较好的线性度指标和功率增益特性。

进一步地，所述副路C类有源自偏置对消网络包括电容C₆、电容C₇、电容C₈、电容C₉、电阻R₈、电阻R₉、电阻R₁₀、电阻R₁₁、电阻R₁₂、电阻R₁₃、电阻R₁₄、电感L₄、三极管Q₄、三极管Q₅和三极管Q₆；

所述电容C₆的一端作为副路C类有源自偏置对消网络的输入端，其另一端分别与电阻R₈的一端、电阻R₉的一端、晶体管Q₄的集电极和晶体管Q₅的基极连接，所述电阻R₈的另一端与电容C₇的一端连接，所述电阻R₉的另一端分别与电容C₇的另一端、接地电容C₈和电阻R₁₀的一端连接，所述电阻R₁₀的另一端分别与晶体管Q₅的集电极、电感L₄的一端和晶体管Q₆的集电极连接，所述电感L₄的另一端作为所述副路C类有源自偏置对消网络的输出端，所述晶体管Q₄的基极分别与接地电容C₉和电阻R₁₂的一端连接，所述电阻R₁₂的另一端分别与晶体管Q₅的发射极、接地电阻R₁₃和晶体管Q₆的发射极连接，所述晶体管Q₄的发射极及接地电阻R₁₁连接，所述晶体管Q₆与电阻R₁₄连接。

上述进一步方案的有益效果为：采用有源自偏置改进型达林顿放大结构可以显著提升放大器的高频增益特性，改善隔离度指标，同时采用基于晶体管Q4的自偏置结构，可以改善温度响应敏感度，简化供电电路，同时将自偏置放大器偏置在C类状态，可以产生正向三阶交调分量，抵消主路AB类有源自偏置放大网络的负向三阶交调分量，从而改善放大器的IP3指标和P1dB指标。

进一步地，所述输出匹配网络包括接地电容C₁₀、电容C₁₁、电感L₅、电感L₆和电感L₇；

所述电容C₁₁的一端作为所述输出匹配网络的输入端，并与所述电感L₅的一端连接，所述电感L₅的另一端分别与电源V_cc和接地电容C₁₀连接，所述电容C₁₁的另一端分别与接地电感L₆的一端和电感L₇的一端连接，所述电感L₇的另一端作为所述输出匹配网络的输出端。

上述进一步方案的有益效果为：该出匹配网络具有ESD保护功能，保护电路放大器输出端免于外部ESD应力的威胁，同时采用LC匹配直接可以实现良好的输出阻抗匹配功能。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的一种基于交调对消技术的放大器原理框图。

图2所示为本发明实施例提供的一种基于交调对消技术的放大器电路图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本发明实施例提供了一种基于交调对消技术的放大器，如图1所示，包括输入匹配网络、主路AB类有源自偏置放大网络、副路C类有源自偏置对消网络和输出匹配网络；

输入匹配网络的输入端作为放大器的射频输入端，其输出端分别与主路AB类有源自偏置放大网络的输入端和副路C类有源自偏置对消网络的输入端连接；

主路AB类有源自偏置放大网络的输出端和副路C类有源自偏置对消网络的输出端均与输出匹配网络的输入端连接，输出匹配网络的输出端作为放大器的射频输出端。

如图2所示，输入匹配网络包括电容C₁、接地电容C₂、接地电感L₁和电感L₂；

电容C₁的一端作为输入匹配网络的输入端，并与接地电感L₁连接，电容C₁的另一端分别与接地电容C₂和电感L₂的一端连接，电感L₂的另一端作为输入匹配网络的输出端。

如图2所示，主路AB类有源自偏置放大网络包括电容C₃、电容C₄、电容C₅、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇、电感L₃、三极管Q₁、三极管Q₂和三极管Q₃；

电阻R1的一端作为主路AB类有源自偏置放大网络的输入端，并分别与电阻R₂的一端、晶体管Q₁的集电极和晶体管Q₂的基极，电阻R₁的另一端与电容C₃的一端连接，电阻R₂的另一端分别与电容C₃的另一端、接地电容C₄和电阻R₃的一端连接，电阻R₃的另一端分别与晶体管Q₂的集电极、晶体管Q₃的集电极和电感L₃的一端连接，电感L₃的另一端作为主路AB类有源自偏置放大网络的输出端，晶体管Q₁的基极分别与接地电容C₅和电阻R₄的一端连接，电阻R₄的另一端分别与接地电阻R₅、晶体管Q₂的发射极和晶体管Q₃的基极连接，晶体管Q₁的发射极与接地电阻R₆连接，晶体管Q₃的发射极与接地电阻R₇连接。

如图2所示，副路C类有源自偏置对消网络包括电容C₆、电容C₇、电容C₈、电容C₉、电阻R₈、电阻R₉、电阻R₁₀、电阻R₁₁、电阻R₁₂、电阻R₁₃、电阻R₁₄、电感L₄、三极管Q₄、三极管Q₅和三极管Q₆；

电容C₆的一端作为副路C类有源自偏置对消网络的输入端，其另一端分别与电阻R₈的一端、电阻R₉的一端、晶体管Q₄的集电极和晶体管Q₅的基极连接，电阻R₈的另一端与电容C₇的一端连接，电阻R₉的另一端分别与电容C₇的另一端、接地电容C₈和电阻R₁₀的一端连接，电阻R₁₀的另一端分别与晶体管Q₅的集电极、电感L₄的一端和晶体管Q₆的集电极连接，电感L₄的另一端作为副路C类有源自偏置对消网络的输出端，晶体管Q₄的基极分别与接地电容C₉和电阻R₁₂的一端连接，电阻R₁₂的另一端分别与晶体管Q₅的发射极、接地电阻R₁₃和晶体管Q₆的发射极连接，晶体管Q₄的发射极及接地电阻R₁₁连接，晶体管Q₆与电阻R₁₄连接。

如图2所示，输出匹配网络包括接地电容C₁₀、电容C₁₁、电感L₅、电感L₆和电感L₇；

电容C₁₁的一端作为输出匹配网络的输入端，并与电感L₅的一端连接，电感L₅的另一端分别与电源V_cc和接地电容C₁₀连接，电容C₁₁的另一端分别与接地电感L₆的一端和电感L₇的一端连接，电感L₇的另一端作为输出匹配网络的输出端。

下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：射频信号进入输入匹配网络，经过输入阻抗匹配后，射频信号以等功率或者不等功率分配的方式同时进入主路AB类有源自偏置放大网络、副路C类有源自偏置对消网络进行信号放大，之后以功率合成的方式同时进入输出匹配网络，经过输出阻抗匹配后进入放大器的输出端口。其中，主路AB类有源自偏置放大网络工作在AB类放大模式，由于受到AB类放大器中负向三阶交调分量的影响，其IP3指标和P1dB指标受到一定程度恶化，但是副路C类有源自偏置对消网络工作在C类放大模式，而C类放大器中存在正向三阶交调分量，因此同主路AB类有源自偏置放大网络在输出端合成后，正负向三阶交调分量相互抵消，其IP3指标和P1dB指标得到显著提升。

Claims (5)

1.一种基于交调对消技术的放大器，其特征在于，包括输入匹配网络、主路AB类有源自偏置放大网络、副路C类有源自偏置对消网络和输出匹配网络；

所述输入匹配网络的输入端作为放大器的射频输入端，其输出端分别与主路AB类有源自偏置放大网络的输入端和副路C类有源自偏置对消网络的输入端连接；

所述主路AB类有源自偏置放大网络的输出端和副路C类有源自偏置对消网络的输出端均与输出匹配网络的输入端连接，所述输出匹配网络的输出端作为放大器的射频输出端。

2.根据权利要求1所述的基于交调对消技术的放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包括电容C₁、接地电容C₂、接地电感L₁和电感L₂；

所述电容C₁的一端作为所述输入匹配网络的输入端，并与所述接地电感L₁连接，所述电容C₁的另一端分别与接地电容C₂和电感L₂的一端连接，所述电感L₂的另一端作为所述输入匹配网络的输出端。

3.根据权利要求1所述的基于交调对消技术的放大器，其特征在于，所述主路AB类有源自偏置放大网络包括电容C₃、电容C₄、电容C₅、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆、电阻R₇、电感L₃、三极管Q₁、三极管Q₂和三极管Q₃；

所述电阻R1的一端作为所述主路AB类有源自偏置放大网络的输入端，并分别与电阻R₂的一端、晶体管Q₁的集电极和晶体管Q₂的基极，所述电阻R₁的另一端与电容C₃的一端连接，所述电阻R₂的另一端分别与电容C₃的另一端、接地电容C₄和电阻R₃的一端连接，所述电阻R₃的另一端分别与晶体管Q₂的集电极、晶体管Q₃的集电极和电感L₃的一端连接，所述电感L₃的另一端作为所述主路AB类有源自偏置放大网络的输出端，所述晶体管Q₁的基极分别与接地电容C₅和电阻R₄的一端连接，所述电阻R₄的另一端分别与接地电阻R₅、晶体管Q₂的发射极和晶体管Q₃的基极连接，所述晶体管Q₁的发射极与接地电阻R₆连接，所述晶体管Q₃的发射极与接地电阻R₇连接。

4.根据权利要求1所述的基于交调对消技术的放大器，其特征在于，所述副路C类有源自偏置对消网络包括电容C₆、电容C₇、电容C₈、电容C₉、电阻R₈、电阻R₉、电阻R₁₀、电阻R₁₁、电阻R₁₂、电阻R₁₃、电阻R₁₄、电感L₄、三极管Q₄、三极管Q₅和三极管Q₆；

所述电容C₆的一端作为副路C类有源自偏置对消网络的输入端，其另一端分别与电阻R₈的一端、电阻R₉的一端、晶体管Q₄的集电极和晶体管Q₅的基极连接，所述电阻R₈的另一端与电容C₇的一端连接，所述电阻R₉的另一端分别与电容C₇的另一端、接地电容C₈和电阻R₁₀的一端连接，所述电阻R₁₀的另一端分别与晶体管Q₅的集电极、电感L₄的一端和晶体管Q₆的集电极连接，所述电感L₄的另一端作为所述副路C类有源自偏置对消网络的输出端，所述晶体管Q₄的基极分别与接地电容C₉和电阻R₁₂的一端连接，所述电阻R₁₂的另一端分别与晶体管Q₅的发射极、接地电阻R₁₃和晶体管Q₆的发射极连接，所述晶体管Q₄的发射极及接地电阻R₁₁连接，所述晶体管Q₆与电阻R₁₄连接。

5.根据权利要求1所述基于交调对消技术的放大器，其特征在于，所述输出匹配网络包括接地电容C₁₀、电容C₁₁、电感L₅、电感L₆和电感L₇；

所述电容C₁₁的一端作为所述输出匹配网络的输入端，并与所述电感L₅的一端连接，所述电感L₅的另一端分别与电源V_cc和接地电容C₁₀连接，所述电容C₁₁的另一端分别与接地电感L₆的一端和电感L₇的一端连接，所述电感L₇的另一端作为所述输出匹配网络的输出端。

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