CN116547907A - 一种放大器及其控制方法、电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种放大器及其控制方法、电子设备，用于提高放大器的线性度。该放大器包括第一放大电路、第二放大电路、第一二极管、第一可调偏置电压端、第一负载、节点、信号输入端、信号输出端、电源电压端、第二可调偏置电压端和接地端；第一放大电路的输入端与信号输入端、第一可调偏置电压端耦合，第一放大电路的输出端与第二放大电路的输入端耦合，第二放大电路的输出端与第一负载和信号输出端均耦合；第一放大电路的一端与接地端耦合；第二放大电路的控制端与第二可调偏置电压端耦合；第一放大电路的输出端和第二放大电路的输入端耦合于节点，第一二极管的正极与节点耦合，第一二极管的负极与接地端耦合；第一负载的另一端与电源电压端耦合。

Description

一种放大器及其控制方法、电子设备 技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种放大器及其控制方法、电子设备。

背景技术

随着无线通信系统的发展，放大器已广泛用于各种电子设备例如无线收发器中，用于将信号进行放大处理。在部分电子设备中要求放大器应具有高线性度等特性，以避免输出信号的质量变差，基于此，提高放大器的线性度是目前放大器研究领域急需解决的一个问题。

发明内容

本申请的实施例提供一种放大器及其控制方法、电子设备，用于提高放大器的线性度。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，提供一种放大器，该放大器包括：第一放大电路、第二放大电路、第一二极管、第一可调偏置电压端、第一负载、节点、信号输入端、信号输出端、电源电压端、第二可调偏置电压端和接地端。第一放大电路的输入端与信号输入端和第一可调偏置电压端均耦合，第一可调偏置电压端为第一放大电路提供可调的第一偏置电压，第一放大电路的输出端与第二放大电路的输入端耦合，第二放大电路的输出端与第一负载的一端和信号输出端均耦合；第一放大电路的一端还与接地端耦合；第二放大电路的控制端与第二可调偏置电压端耦合，第二可调偏置电压端为第二放大电路提供可调的第二偏置电压；其中，第一放大电路的输入端接收信号输入端提供的射频信号，第一放大电路将射频信号放大后输出给第二放大电路的输入端，第二放大电路的输入端接收第一放大电路的输出端输出的信号，第二放大电路将信号放大后提供给信号输出端；第一放大电路的输出端和第二放大电路的输入端耦合于节点，第一二极管的正极与节点耦合，第一二极管的负极与接地端耦合；第一负载的另一端与电源电压端耦合。由于第一二极管的正极与节点耦合，负极与接地端耦合，因而第一二极管正向导通工作。在此基础上，由于二极管本身的三阶跨导特性与晶体管的三阶跨导特性可以实现互补，因而第一二极管的线性特性与第一放大电路(主要由晶体管构成)的线性特性可以实现互补，借助于第一可调偏置电压端提供可调的第一偏置电压，以及第二可调偏置电压端提供的可调的第二偏置电压，可以进一步的匹配第一放大电路的线性特征与第一二极管的线性特性，因此在放大器中既设置第一放大电路，又设置第一二极管，从而可以优化放大器的性能，有利于放大器的整体线性度的提高。

在第一方面可能的实施方式中，放大器还包括第二负载，第二负载和第一二极管串联在节点和接地端之间。此处，可以通过第一二极管和第二负载共同的三阶跨导特性实现对第一放大电路的三阶跨导特性的互补。

在第一方面可能的实施方式中，第二负载为可变电阻。这样可以通过调整第二可调偏置电压端提供的第二偏置电压以及调整可变电阻R的阻值，更快、更灵活地调整 调节电路(即第一二极管和第二负载)的三阶跨导特性。

在第一方面可能的实施方式中，放大器还包括第二二极管，第二二极管的正极与节点耦合，第二二极管的负极与接地端耦合；第一二极管和第二二极管串联或并联在节点和接地端之间。由于第二二极管的正极与节点耦合，负极与接地端耦合，因而第二二极管始终在饱和区工作。在放大器不包括第二负载的情况下，通过第二可调偏置电压端提供的第二偏置电压便可以调整第一二极管和第一二极管整体的三阶跨导特性。在放大器包括第二负载的情况下，通过第二可调偏置电压端提供的第二偏置电压以及第二负载的阻值共同调整第一二极管、第一二极管和第二负载构成的整体的三阶跨导特性。

在第一方面可能的实施方式中，放大器还包括第三负载，第三负载的一端与第一放大电路耦合，另一端与接地端耦合。第三负载可以用于调节放大器的增益。

在第一方面可能的实施方式中，第三负载为电感。

在第一方面可能的实施方式中，第一放大电路包括第一晶体管，第一晶体管的栅极分别与信号输入端、第一可调偏置电压端耦合，第一晶体管的第一极与节点耦合，第一晶体管的第二极与接地端耦合；其中，第一晶体管的第一极和第二极中一个为源极，一个为漏极。

在第一方面可能的实施方式中，第二放大电路包括第二晶体管，第二晶体管的栅极与第二可调偏置电压端耦合，第二晶体管的第一极与信号输出端耦合，第二晶体管的第二极与节点耦合；其中，第二晶体管的第一极和第二极中一个为源极，一个为漏极。

在第一方面可能的实施方式中，放大器还包括第一偏置电压产生电路，第一偏置电压产生电路的输出端与第一可调偏置电压端耦合，用于为第一可调偏置电压端提供第一偏置电压。第一偏置电压产生电路可以根据需要向第一可调偏置电压端提供合适的第一偏置电压。

在第一方面可能的实施方式中，放大器还包括第二偏置电压产生电路，第二偏置电压产生电路的输出端与第二可调偏置电压端耦合，用于为第二可调偏置电压端提供第二偏置电压。第二偏置电压产生电路可以根据需要向第二可调偏置电压端提供合适的第二偏置电压。

在第一方面可能的实施方式中，放大器还包括反馈电路，反馈电路分别与信号输入端和信号输出端耦合，用于对经第一放大电路和第二放大电路放大后的信号进行反馈。反馈电路可以拓宽放大器的工作带宽。

在第一方面可能的实施方式中，反馈电路包括串联的反馈电容和反馈电阻。

第二方面，提供一种放大器，该放大器包括：第一放大电路、第二放大电路、调节电路、第一可调偏置电压端、第一负载、节点、信号输入端、信号输出端、电源电压端、第二可调偏置电压端和接地端。第一放大电路分别与节点、信号输入端、接地端和第一可调偏置电压端耦合；第二放大电路分别与节点、信号输出端和第二可调偏置电压端耦合；调节电路分别与节点和接地端耦合；第一负载的一端与电源电压端耦合，另一端与信号输出端耦合；其中，第一放大电路工作在饱和区的三阶跨导系数和调节电路工作在饱和区的三阶跨导系数中一个为正数，一个为负数。由于第一放大电 路工作在饱和区时，第一偏置电压与三阶跨导系数g _3M的模拟仿真关系曲线与实际测试关系曲线完全可以准确拟合覆盖，调节电路工作在饱和区时，第二偏置电压与三阶跨导系数g _3D的模拟仿真关系曲线与实际测试关系曲线完全可以准确拟合覆盖。基于此，在本申请实施例提供的放大器中，由于第一放大电路工作在饱和区的三阶跨导系数g3M和调节电路工作在饱和区的三阶跨导系数g3D中一个为正数，一个为负数，因而第一放大电路工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g3M和调节电路工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g3D中一个为正数，一个为负数，因此第一放大电路工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g3M和调节电路工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g3D可以进行非线性叠加抵消，从而可以提高放大器的整体线性度。

在第二方面可能的实施方式中，第一放大电路工作在饱和区的三阶跨导系数的绝对值与调节电路工作在饱和区的三阶跨导系数的绝对值相等。这样第一放大电路实际的三阶跨导系数g _3M和第一二极管实际的三阶跨导系数g _3D之和g ³趋向于0，从而可以使得放大器的整体线性度进一步得到提高。

第三方面，提供一种电子设备，该电子设备包括第四负载、处理器和上述第一方面提供的放大器；第四负载与放大器的信号输出端耦合，处理器与放大器耦合。可以参考上述第一方面的相关描述，此处不再赘述。

第四方面，提供一种放大器的控制方法，其中，放大器包括：第一放大电路、第二放大电路、第一二极管、第一可调偏置电压端、第一负载、节点、信号输入端、信号输出端、电源电压端、第二可调偏置电压端和接地端；第一放大电路的输入端与信号输入端和第一可调偏置电压端均耦合，第一可调偏置电压端为第一放大电路提供可调的第一偏置电压，第一放大电路的输出端与第二放大电路的输入端耦合，第二放大电路的输出端与第一负载的一端和信号输出端均耦合；第一放大电路的一端还与接地端耦合；第二放大电路的控制端与第二可调偏置电压端耦合，第二可调偏置电压端为第二放大电路提供可调的第二偏置电压；其中，第一放大电路的输入端接收信号输入端提供的射频信号，第一放大电路将射频信号放大后输出给第二放大电路的输入端，第二放大电路的输入端接收第一放大电路的输出端输出的信号，第二放大电路将信号放大后提供给信号输出端；第一放大电路的输出端和第二放大电路的输入端耦合于节点，第一二极管的正极与节点耦合，第一二极管的负极与接地端耦合；第一负载的另一端与电源电压端耦合；放大器的控制方法包括：第一可调偏置电压端接收第一偏置电压，以使第一放大电路在饱和区工作；第二可调偏置电压端接收第二偏置电压；其中，第一偏置电压用于使第一放大电路工作在饱和区的三阶跨导系数为第一三阶跨导系数；第二偏置电压用于使第一二极管工作在饱和区的三阶跨导系数为第二三阶跨导系数，第一三阶跨导系数和第二三阶跨导系数中一个为正数，一个为负数。可以参考上述第二方面的相关描述，此处不再赘述。

在第四方面可能的实施方式中，第一放大电路工作在饱和区的第一三阶跨导系数的绝对值与第一二极管工作在饱和区的第二三阶跨导系数的绝对值相等。这样第一放大电路实际的三阶跨导系数g _3M和第一二极管实际的三阶跨导系数g _3D之和g ³趋向于0，从而可以使得放大器的整体线性度进一步得到提高。

在第四方面可能的实施方式中，放大器还包括：第二负载；第二负载和第一二极 管串联在节点和接地端之间；其中，第二负载为可变电阻。第二偏置电压用于使第一二级管和第二负载工作在饱和区的三阶跨导系数为第二三阶跨导系数。这样可以通过调整第二偏置电压以及调节可变电阻的阻值调整第二三阶跨导系数。这样可以更快、更灵活地调整第二三阶跨导系数的大小。

附图说明

图1为相关技术提供的一种放大器的结构示意图；

图2为偏置电压V _GS与三阶跨导系数g _3A、三阶跨导系数g _3B以及三阶跨导系数g _3A和三阶跨导系数g _3B之和g ₃的关系曲线图；

图3为本申请的实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图4为本申请的另一实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图5为本申请的又一实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图6a为本申请的又一实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图6b为本申请的又一实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图6c为本申请的又一实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图7为本申请的又一实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图8为本申请的又一实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图9为本申请的又一实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图10为本申请的实施例提供的一种放大器的控制方法的流程示意图；

图11为本申请的实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

附图标记：1-放大器；2-第四负载；10-第一放大电路；20-第二放大电路；30-调节电路；40-第一负载；50-第三负载；60-反馈电路；301-第二负载。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述方便，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本申请实施例中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“耦合”可以是实现信号传输的电性连接的方式，“耦合”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接的电性连接。例如通过电阻、电感，或其他电学元件实现的连接。

随着无线通信系统的发展，放大器已广泛用于各种电子设备中，用于将信号进行 放大处理。在部分电子设备中要求放大器应具有高线性度等特性，以避免输出信号的质量变差。

对于任何一个无记忆的模拟和射频电路而言，其非线性小信号模型均可用如下表达式来表征电路的输入输出特征(主要考虑三阶以内)：

y(t)≈α ₁x(t)+α ₂x ²(t)+α ₃x ³(t)

其中，x(t)为电路的输入信号，y(t)为电路的输出信号。

参照上述表征可知，单晶体管的输出电流(即漏源电流)i _ds与输入电压(即栅源电压)v _gs的关系表达式为：

i _ds＝g ₁v _gs+g ₂v ² _gs+g ₃v ³ _gs

其中，g ₁是小信号线性跨导系数，g ₂是二阶跨导系数，g ₃是三阶跨导系数。

单晶体管的线性度IIP3与小信号线性跨导系数g1和三阶跨导系数g3有关，晶体管的线性度IIP3的幅度A _IIP3可以表示为：

A _IIP3可以表征晶体管的线性度IIP3，A _IIP3的值越大，晶体管的线性度IIP3越高。为了获得更高的晶体管的线性度，可以使三阶跨导系数g ₃趋向于0。

为了提高现有的放大器的线性度，相关技术提供一种放大器，如图1所示，放大器包括晶体管MA、晶体管MB、电容C、电感L、信号输入端RFIN、信号输出端RFOUT、偏置电压端Vbias1、偏置电压端Vbias2、电源电压端VDD和接地端GND。晶体管MA的栅极分别与信号输入端RFIN和偏置电压端Vbias1耦合，晶体管MA的第一极与信号输出端RFOUT耦合，晶体管MA的第二极与接地端GND耦合。晶体管MB的栅极与电容C的第一端、偏置电压端Vbias2均耦合，晶体管MB的第一极与信号输出端RFOUT耦合，晶体管MB的第二极与接地端GND耦合。电容C的第二端分别与信号输入端RFIN和偏置电压端Vbias1耦合。信号输出端RFOUT还与电感L的一端耦合，电感L的另一端与电源电压端VDD耦合。此处，晶体管MA和晶体管MB的第一极为源极，第二极为漏极；或者，晶体管MA和晶体管MB的第一极为漏极，第二极为源极。

对于图1所示的放大器，可以将晶体管MA和晶体管MB看作一个整体，这样放大器的线性度IIP3的幅度A _IIP3为 其中，公式中的g ₁等于晶体管MA的小信号线性跨导系数g _1A和晶体管MB的小信号线性跨导系数g _1B之和，即g ₁＝g _1A+g _1B，公式中的g ₃等于晶体管MA的三阶跨导系数g _3A和晶体管MB的三阶跨导系数g _3B之和，即g ₃＝g _3A+g _3B。基于此，使晶体管MA的三阶跨导系数g _3A和晶体管MB的三阶跨导系数g _3B之和g ₃趋向于0，便可以使放大器的线性度较高。

针对图1所示的放大器，偏置电压端Vbias1提供的偏置电压V _GS的大小会影响晶体管MA的三阶跨导系数g _3A，偏置电压端Vbias2提供的偏置电压V _GS的大小会影响晶体管MB的三阶跨导系数g _3B。图2示意出了偏置电压V _GS与三阶跨导系数g _3A、三阶跨导系数g _3B以及三阶跨导系数g _3A和三阶跨导系数g _3B之和g ₃的关系曲线图，图2的横坐标表示偏置电压端Vbias1以及偏置电压端Vbias2提供的偏置电压V _GS，纵坐标表示三阶跨导系数g _3A、三阶跨导系数g _3B以及三阶跨导系数g _3A和三阶跨导系数g _3B之和g ₃。由图2提供的关系曲线可以看出，通过不同的偏置电压V _GS的选择，使晶体管MA工作在强反型区，强反型区也可以称为饱和区，即图2所示的偏置电压V _GS与三阶跨导系数g _3A的关系曲线中的波峰位置，也就是图2中虚线圈标示的位置，且使晶体管MB工作在弱反型区，即图2所示的偏置电压V _GS与三阶跨导系数g _3B的关系曲线中的波谷位置，也就是图2中虚线圈标示的位置，这样在某个偏置电压V _GS的区域范围内，三阶跨导系数g _3A和三阶跨导系数g _3B之和g ₃趋向于0，从而可以改善放大器的线性度。

然而，通过上述分析可知，相关技术提供的放大器在提高线性度时，是通过要求晶体管MA工作在强反型区，晶体管MB工作在弱反型区实现的。一般而言，当晶体管在强反型区工作时，根据研究结果得知，偏置电压V _GS与三阶跨导系数g ₃的模拟(model)仿真关系曲线与实际测试关系曲线拟合度较为一致；但是当晶体管在弱反型区工作时，根据研究结果得知，偏置电压V _GS与三阶跨导系数g ₃的模拟(model)仿真关系曲线与实际测试关系曲线存在较大的差距。参考图2，也就是说，偏置电压V _GS与三阶跨导系数g _3A的仿真关系曲线在波峰位置处与实际测试关系曲线在波峰位置处的拟合度较为一致，但是偏置电压V _GS与三阶跨导系数g _3B的仿真关系曲线在波谷位置处与实际测试关系曲线在波谷位置处的有偏差，实际测试关系曲线的波谷位置可能会向左偏移或向右偏移，这样一来，理论计算出在某个偏置电压V _GS的区域范围内，三阶跨导系数g _3A和三阶跨导系数g _3B之和g ₃趋向于0，然而实际上，由于偏置电压V _GS与三阶跨导系数g _3B的实际测试关系曲线在波谷位置偏移，因此在理论计算出的某个偏置电压V _GS的区域范围内，实际的三阶跨导系数g _3A和三阶跨导系数g _3B之和g ₃可能并不等于0，这样便导致放大器的线性度可能没有提高或提高的不明显。

为了提高放大器的线性度，本申请的实施例提供一种放大器，该放大器例如可以为低噪声放大器(low-noise amplifier，LNA)、功率放大器(power amplifier，PA)、跨阻放大器(trans-impedance amplifier，TIA)或可变增益放大器(variable gain amplifier，VGA)等。

如图3所示，本申请的实施例提供的放大器1包括：第一放大电路10、第二放大电路20、调节电路30、第一可调偏置电压端Vb1、第一负载40、节点A、信号输入端RFIN、信号输出端RFOUT、电源电压端VDD、第二可调偏置电压端Vb2和接地端GND。

上述第一放大电路10的输入端与信号输入端RFIN和第一可调偏置电压端Vb1均耦合，第一可调偏置电压端Vb1为第一放大电路10提供可调的第一偏置电压Vb1，第一放大电路10的输出端与第二放大电路20的输入端耦合，第二放大电路20的输出端与第一负载40的一端和信号输出端RFOUT均耦合；第一放大电路10的一端还与 接地端GND耦合；第二放大电路20的控制端与第二可调偏置电压端Vb2耦合，第二可调偏置电压端Vb2为第二放大电路20提供可调的第二偏置电压Vb2；其中，第一放大电路10的输入端接收信号输入端RFIN提供的射频信号，第一放大电路10将射频信号放大后输出给第二放大电路20的输入端，第二放大电路20的输入端接收第一放大电路10的输出端输出的信号，第二放大电路20将信号放大后提供给信号输出端RFOUT；第一放大电路10的输出端和第二放大电路20的输入端耦合于节点A，上述调节电路30的一端与节点A耦合，另一端与接地端GND耦合。上述第一负载40的另一端与电源电压端VDD耦合。其中，第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M和调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D中一个为正数，一个为负数。此处，可以是第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M为正数，调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D为负数；也可以是第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M为负数，调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D为正数。

应当理解到，可以通过第一可调偏置电压端Vb1提供的第一偏置电压Vb1调整第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M的大小，可以通过第二可调偏置电压端Vb2提供的第二偏置电压调整节点A的电压大小，以调整调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D的大小，以使得第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M和调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D中一个为正数，一个为负数。

在此基础上，第一可调偏置电压端Vb1可以与第一偏置电压产生电路的输出端耦合，通过第一偏置电压产生电路为第一可调偏置电压端Vb1提供第一偏置电压Vb1。第一偏置电压产生电路可以根据需要向第一可调偏置电压端Vb1提供合适的第一偏置电压Vb1。在此基础上，第一偏置电压产生电路可以集成在放大器中，第一偏置电压产生电路也可以相对于放大器额外独立设置。同样的，第二可调偏置电压端Vb2可以与第二偏置电压产生电路的输出端耦合，通过第二偏置电压产生电路为第二可调偏置电压端Vb2提供第二偏置电压Vb2。第二偏置电压产生电路可以根据需要向第二可调偏置电压端Vb2提供合适的第二偏置电压Vb2。在此基础上，第二偏置电压产生电路可以集成在放大器中，第二偏置电压产生电路也可以相对于放大器额外独立设置。

需要说明的是，参考图3，在放大器1中，第二放大电路20分别与节点A、信号输出端RFOUT和第二可调偏置电压端Vb2耦合，第二放大电路20相当于一个开关，用于在第二可调偏置电压端Vb2控制下，控制节点A和信号输出端RFOUT的导通或断开。由于第二放大电路20相当于一个开关，因此第二放大电路20不会影响放大器1的线性度，放大器1的线性度主要与第一放大电路10的线性度和调节电路30的线性度有关。基于上述可知，可以用放大器的线性度IIP3的幅度A _IIP3表征放大器1的线性度IIP3，A _IIP3的值越大，放大器1的线性度IIP3越高，放大器的线性度IIP3的幅度A _IIP3为 在本申请实施例中，可以将第一放大电路10和调节电路30看作 一个整体，这样一来，g ₁等于第一放大电路10的小信号线性跨导系数g _1M和调节电路30的小信号线性跨导系数g _1D之和，即g ₁＝g _1M+g _1D，g ₃等于第一放大电路10的三阶跨导系数g _3M和调节电路30的三阶跨导系数g _3D之和，即g ₃＝g _3M+g _3D。

应当理解到，根据研究结果可知，电子器件在饱和区工作时，偏置电压V _GS与三阶跨导系数g ₃的模拟仿真关系曲线与实际测试关系曲线完全可以准确拟合覆盖，因此第一放大电路10工作在饱和区时，第一偏置电压Vb1与三阶跨导系数g _3M的模拟仿真关系曲线与实际测试关系曲线完全可以准确拟合覆盖，调节电路30工作在饱和区时，第二偏置电压Vb2与三阶跨导系数g _3D的模拟仿真关系曲线与实际测试关系曲线完全可以准确拟合覆盖。基于此，在本申请实施例提供的放大器1中，由于第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g3M和调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D中一个为正数，一个为负数，因而第一放大电路10工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g3M和调节电路30工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g3D中一个为正数，一个为负数，因此第一放大电路10工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g3M和调节电路30工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g _3D可以进行非线性叠加抵消，从而使得第一放大电路10的三阶跨导系数g _3M和调节电路30的三阶跨导系数g _3D之和g ₃减小，这样一来，根据放大器的线性度IIP3的幅度A _IIP3的公式 可知，放大器的线性度IIP3的幅度A _IIP3增加，进而可以确保放大器1的整体线性度有效提高。

需要说明的是，第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M的绝对值和调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g3D的绝对值可以相等，也可以不相等。例如，第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g3M可以为0.2A/N ³，调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g3D可以为-0.2A/N ³。又例如，第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g3M可以为0.2A/N ³，调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g3D可以为-0.1A/N ³。

为了进一步提高放大器1的整体线性度，在一些示例中，第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M的绝对值和调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D 的绝对值相等。

由于第一放大电路10工作在饱和区时，第一偏置电压Vb1与三阶跨导系数g _3M的模拟仿真关系曲线与实际测试关系曲线完全可以准确拟合覆盖，调节电路30工作在饱和区时，第二偏置电压Vb2与三阶跨导系数g _3D的模拟仿真关系曲线与实际测试关系曲线完全可以准确拟合覆盖，因而当第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M的绝对值和调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D的绝对值相等时，此时，第一放大电路10工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g _3M的绝对值和调节电路30工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g3D的绝对值相等，而第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M和调节电路30工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D中一个为正数，一个为负数，因此第一放大电路10实际的三阶跨导系数g _3M和调节电路30实际的三阶跨导系数g _3D之和g ₃趋向于0，这样一来，根据放大器的线性度IIP3的幅度A _IIP3的公式 可知，放大器1的整体线性度可以进一步得到提高。

在一些示例中，如图3所示，上述放大器1还包括第一电容C1，第一电容C1的一端与信号输入端RFIN耦合，另一端与第一放大电路10耦合。

在一些示例中，如图3所示，上述放大器1还包括第二电容C2，第二电容C2的一端与信号输出端RFOUT耦合，另一端与第二放大电路20耦合。

上述第一电容C1和第二电容C2的作用都是为了隔掉直流信号，让交流信号通过。

在一些示例中，如图4所示，上述第一放大电路10包括第一晶体管M1，第一晶体管M1的栅极分别与信号输入端RFIN、第一可调偏置电压端Vb1耦合，第一晶体管M1的第一极与节点A耦合，第一晶体管M1的第二极与接地端GND耦合；其中，第一晶体管M1的第一极和第二极中一个为源极，一个为漏极。

“第一晶体管M1的第二极与接地端GND耦合”，可以是第一晶体管M1的第二极与接地端GND直接耦合，也可以是第一晶体管M1的第二极与接地端GND通过其它电学元件间接耦合。

需要说明的是，可以是第一晶体管M1的第一极为源极，第二极为漏极；也可以是第一晶体管M1的第一极为漏极，第二极为源极。

此处，第一晶体管M1可以是P型管，也可以是N型管。在第一晶体管M1为P型管的情况下，第一可调偏置电压端Vb1提供低电平信号时，第一晶体管M1导通。在第一晶体管M1为N型管的情况下，第一可调偏置电压端Vb1提供高电平信号时，第一晶体管M1导通。

此外，第一晶体管M1可以是增强型(E-mode)晶体管、耗尽型(D-mode)晶体管或共源共栅型(cascode)晶体管中的一种。

另外，第一晶体管M1的尺寸可以根据需要进行设计。

在此基础上，在另一些示例中，上述第一放大电路10除包括第一晶体管M1外，还可以包括与第一晶体管M1串联或并联的其它一个或多个晶体管。

在一些示例中，如图4所示，上述第二放大电路20包括第二晶体管M2，第二晶体管M2的栅极与第二可调偏置电压端Vb2耦合，第二晶体管M2的第一极与信号输出端RFOUT耦合，第二晶体管M2的第二极与节点A耦合；其中，第二晶体管M2的第一极和第二极中一个为源极，一个为漏极。

需要说明的是，可以是第二晶体管M2的第一极为源极，第二极为漏极；也可以是第二晶体管M2的第一极为漏极，第二极为源极。

此处，第二晶体管M2可以是N型管。在第二晶体管M2为N型管的情况下，第二可调偏置电压端Vb2提供高电平信号时，第二晶体管M2导通。

此外，第二晶体管M2可以是增强型晶体管、耗尽型晶体管或共源共栅型晶体管中的一种。

另外，第二晶体管M2的尺寸可以根据需要进行设计。

在此基础上，在另一些示例中，上述第二放大电路20除包括第二晶体管M2外，还可以包括与第二晶体管M2串联或并联的其它一个或多个晶体管。

在一些示例中，上述第一晶体管M1和第二晶体管M2的材料可以包括III-V族化合物。

上述第一负载40例如可以为电感Ld、电容或电阻中的一个或多个，图4以第一负载40为电感Ld为例进行示意。

上述调节电路30示例性地可以采用以下几种实现方式：

第一种：如图4所示，调节电路30包括第一二极管D1，第一二极管D1的正极与节点A耦合，第一二极管D1的负极与接地端GND耦合。

“第一二极管D1的负极与接地端GND耦合”可以是第一二极管D1的负极与接地端GND直接耦合，也可以是第一二极管D1的负极与接地端GND通过其它电子元件间接耦合。

此处，在第一二极管D1处于导通状态时，基于第一二极管D1类型的不同，可以是正极为信号输入端，负极为信号输出端，即信号由正极流向负极；也可以是负极为信号输入端，正极为信号输出端，即信号由负极流向正极。

另外，第一二极管D1的阈值电压Vth可以为正数，也可以为负数。

此外，第一二极管D1例如可以是肖特基(Schottky)二极管或普通硅二极管等。当第一二极管D1为肖特基二极管，第一晶体管M1为增强型晶体管的情况下，可以采用同一工艺同时制作第一二极管D1和第一晶体管M1，从而可以简化放大器的制作工序。

在此基础上，第一二极管D1可以是增强型二极管，也可以是耗尽型二极管。

在本申请实施例中，对于第一二极管D1的尺寸不进行限定，可以根据需要进行设计。

由于第一二极管D1的正极与节点A耦合，负极与接地端GND耦合，因而第一二极管D1始终在饱和区工作。通过第二可调偏置电压端Vb2提供的第二偏置电压便可 以调整第一二极管D1工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D的大小。

第二种：如图5所示，调节电路30包括第一二极管D1和第二负载301，第一二极管D1的正极与节点A耦合，第一二极管D1的负极与接地端GND耦合；其中，第二负载301和第一二极管D1串联在节点A和接地端GND之间。

在调节电路30包括第一二极管D1和第二负载301的情况下，可以通过第二可调偏置电压端Vb2提供的第二偏置电压Vb2以及第二负载301共同调整第一二极管D1和第二负载301工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D的大小，以使第一放大电路10工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g _3M和调节电路30工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g _3D可以进行非线性叠加抵消，以达到第一放大电路10实际的三阶跨导系数g _3M和调节电路30实际的三阶跨导系数g _3D之和g ₃趋向于0的目的。

此处，第二负载301的阻值可以是固定的，在此情况下，对于第二负载301的阻值大小不作限定。第二负载301的阻值也可以是可变的，在此情况下，对于第二负载301的阻值范围不作限定。

此外，第二负载301例如可以为电感、电容或电阻等。为了能够对调节电路30(即第一二极管D1和第二负载301)工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D的大小进行灵活调节，因此在一些示例中，第二负载301的阻值是可变的，例如，如图5所示，第二负载301为可变电阻R，这样一来，可以通过调整第二可调偏置电压端Vb2提供的第二偏置电压Vb2以及调整可变电阻R的阻值，更快、更灵活地调整调节电路30(即第一二极管D1和第二负载301)工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D的大小，以使得第一放大电路10实际的三阶跨导系数g _3M和调节电路30实际的三阶跨导系数g _3D之和g ₃趋向于0。

示例的，如图5所示，当第一晶体管M1工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M在某个偏置区域内(即第一偏置电压Vb1在某个范围内)为正数，可以通过调整第二可调偏置电压端Vb2提供的第二偏置电压Vb2以及调整可变电阻R的阻值，使第一二极管D1和可变电阻R整体工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D为负数，且第一晶体管M1的三阶跨导系数g _3M与第一二极管D1和可变电阻R整体的三阶跨导系数g _3D之和趋向于0。

第三种：调节电路30还包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1的正极与节点A耦合，第一二极管D1的负极与接地端GND耦合；第二二极管D3的正极与节点A耦合，第二二极管D2的负极与接地端GND耦合；第一二极管D1和第二二极管D2可以如图6a所示串联在节点A和接地端GND之间，或者，第一二极管D1和第二二极管D2可以如图6b所示并联在节点A和接地端GND之间。

第二二极管D2可以参考上述有关第一二极管D1的解释说明，此处不再赘述。第一二极管D1的类型和第二二极管D2的类型可以相同，也可以不相同。第一二极管D1的尺寸和第二二极管D2的尺寸可以相同，也可以不相同。

需要说明的是，在第三种实现方式中，调节电路30可以包括第二负载301，也可以不包括第二负载301。在调节电路30包括第二负载301，且第一二极管D1和第二二极管D2并联在节点A和接地端GND之间的情况下，可以是如图6b所示，第一二极管D1和第二二极管D2并联后与第二负载301串联，也可以是如图6c所示，第一 二极管D1和第二负载301串联后与第二二极管D2并联。

由于第二二极管D2的正极与节点A耦合，负极与接地端GND耦合，因而第二二极管D2始终在饱和区工作。

在调节电路30不包括第二负载301的情况下，通过第二可调偏置电压端Vb2提供的第二偏置电压Vb2便可以调整调节电路30(即第一二极管D1和第一二极管D2整体)工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D的大小。在调节电路30包括第二负载301的情况下，通过第二可调偏置电压端Vb2提供的第二偏置电压Vb2以及第二负载301的阻值共同调整调节电路30(即第一二极管D1、第一二极管D2和第二负载301整体)工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D的大小。

应当理解到，调节电路30包括但不限于第一二极管D1和第二二极管D2，还可以包括其它一个或多个二极管，其它一个或多个二极管的连接关系可以参考上述第二二极管D2，此处不再赘述。

在此基础上，调节电路30包括但不限于第二负载301，还可以包括其它一个或多个负载，其它一个或多个负载可以与第一二极管D1串联在节点A和接地端GND之间，也可以与调节电路30中的其它二极管串联在节点A和接地端GND之间。在调节电路30包括多个第二负载301的情况下，多个第二负载301的阻值可以相同，也可以不相同。

下文中以调节电路30采用上述第二种实现方式为例进行说明。

在一些示例中，如图7所示，上述放大器1还包括第三负载50，第三负载50的一端与第一放大电路10耦合，另一端与接地端GND耦合。在第一放大电路10包括第一晶体管M1的情况下，第三负载50的一端与第一晶体管M1的第二极耦合，另一端与接地端GND耦合。

此处，第三负载50例如可以为电感Ld、电容或电阻中的一个或多个，图7以第三负载50为电感Ls为例进行示意。

在放大器1包括第三负载50的情况下，第三负载50可以用于调节放大器1的增益。

为了拓宽放大器1的工作带宽，在一些示例中，如图8所示，上述放大器1还包括反馈电路60，反馈电路60分别与信号输入端RFIN和信号输出端RFOUT耦合，用于对经第一放大电路10和第二放大电路20放大后的信号进行反馈，以达到扩宽放大器1的工作带宽的目的。

在放大器1包括第一电容C1的情况下，反馈电路60通过第一电容C1与信号输入端RFIN耦合，在放大器1包括第二电容C2的情况下，反馈电路60通过第二电容C2与信号输出端RFOUT耦合。

在一些示例中，如图9所示，上述反馈电路60包括串联的反馈电容Cf和反馈电阻Rf。

对图9提供的放大器1的线性度以及图9中去除第一二极管D1和可变电阻R后的放大器的线性度进行检测，通过对比可知，在放大器1的结构为图9所示的结构，放大器1中设置调节电路30，即设置第一二极管D1和可变电阻R相对于不设置调节电路30，放大器1的线性度至少提高约6dB。

本申请的实施例还提供一种放大器的控制方法，该放大器例如可以为上述的放大器，放大器的控制方法可以如图10所示，包括如下步骤：

S10、第一可调偏置电压端Vb1接收第一偏置电压Vb1，以使第一放大电路10在饱和区工作。

S11、第二可调偏置电压端Vb2接收第二偏置电压Vb2；其中，第一偏置电压Vb1用于使第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M为第一三阶跨导系数g _3M；第二偏置电压Vb2用于使第一二极管D1工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D为第二三阶跨导系数g _3D，第一三阶跨导系数g _3M和第二三阶跨导系数g _3D中一个为正数，一个为负数。

需要说明的是，步骤S10和步骤S11可以同时执行；也可以先执行步骤S10，再执行步骤S11，或者，先执行步骤S11，再执行步骤S10。

由于第一放大电路10工作在饱和区时，第一偏置电压Vb1与三阶跨导系数g _3M的模拟仿真关系曲线与实际测试关系曲线完全可以准确拟合覆盖，第一二极管D1工作在饱和区时，第二偏置电压Vb2与三阶跨导系数g _3D的模拟仿真关系曲线与实际测试关系曲线完全可以准确拟合覆盖，因此当设计第一三阶跨导系数g _3M即第一放大电路10工作在饱和区的三阶跨导系数g _3M和第二三阶跨导系数g _3D即第一二极管D1工作在饱和区的三阶跨导系数g _3D中一个为正数，一个为负数时，第一放大电路10工作在饱和区的实际的三阶跨导系数g _3M和第一二极管D1工作在饱和区的实际的三阶跨导系数g _3D中一个为正数，一个为负数，因而第一放大电路10工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g _3M和第一二极管D1工作在饱和区时的实际的三阶跨导系数g _3D可以进行非线性叠加抵消，从而使得第一放大电路10的三阶跨导系数g _3M和第一二极管D1的三阶跨导系数g _3D之和g ₃减小，从而可以提高放大器1的整体线性度。

此处，在一些示例中，第一放大电路10工作在饱和区的第一三阶跨导系数g _3M的绝对值与第一二极管D1工作在饱和区的第二三阶跨导系数g _3D的绝对值相等。这样第一放大电路10实际的三阶跨导系数g _3M和调节电路30实际的三阶跨导系数g _3D之和g ₃趋向于0，从而可以使得放大器1的整体线性度进一步得到提高。

在放大器1还包括第二负载301，且第二负载301为可变电阻R的情况下，上述第二偏置电压Vb2用于使第一二级管D1和第二负载301工作在饱和区的三阶跨导系数为第二三阶跨导系数g _3D。这样可以通过调整第二偏置电压以及调节可变电阻的阻值调整第二三阶跨导系数。这样可以更快、更灵活地调整第二三阶跨导系数的大小。这样可以通过调整第二偏置电压Vb2以及调节可变电阻R的阻值调整第二三阶跨导系数g _3D，从而可以更快、更灵活地调整第二三阶跨导系数g _3D的大小。

本申请的实施例还提供一种电子设备，如图11所示，该电子设备包括上述的放大器1和第四负载2，第四负载2与放大器1的信号输出端RFOUT耦合。该电子设备还可以包括处理器，处理器与放大器耦合。

需要说明的是，本申请实施例提供的电子设备可以是任意包含有放大器的电子设备，该电子设备例如可以为手机(mobile phone)、平板电脑(pad)、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、电视、智能穿戴产品(例如，智能手表、智能手环)、虚拟现实(virtual reality，VR)终端设备、增强现实(augmented reality，AR) 终端设备、充电家用小型电器(例如豆浆机、扫地机器人)、无人机、雷达、航空航天设备和车载设备等不同类型的用户设备或者终端设备；该电子设备还可以为基站等网络设备。该电子设备例如还可以为收发机或增益放大单元等。本申请实施例对电子设备的具体形式不作特殊限制。以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1. 一种放大器，其特征在于，包括：第一放大电路、第二放大电路、第一二极管、第一可调偏置电压端、第一负载、节点、信号输入端、信号输出端、电源电压端、第二可调偏置电压端和接地端；

   所述第一放大电路的输入端与所述信号输入端和所述第一可调偏置电压端均耦合，所述第一可调偏置电压端为所述第一放大电路提供可调的第一偏置电压，所述第一放大电路的输出端与所述第二放大电路的输入端耦合，所述第二放大电路的输出端与所述第一负载的一端和所述信号输出端均耦合；所述第一放大电路的一端还与所述接地端耦合；所述第二放大电路的控制端与所述第二可调偏置电压端耦合，所述第二可调偏置电压端为所述第二放大电路提供可调的第二偏置电压；其中，所述第一放大电路的输入端接收所述信号输入端提供的射频信号，所述第一放大电路将所述射频信号放大后输出给所述第二放大电路的输入端，所述第二放大电路的输入端接收所述第一放大电路的输出端输出的信号，所述第二放大电路将所述信号放大后提供给所述信号输出端；

   所述第一放大电路的输出端和所述第二放大电路的输入端耦合于所述节点，所述第一二极管的正极与所述节点耦合，所述第一二极管的负极与所述接地端耦合；

   所述第一负载的另一端与所述电源电压端耦合。
2. 根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述放大器还包括第二负载，所述第二负载和所述第一二极管串联在所述节点和所述接地端之间。
3. 根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，所述第二负载为可变电阻。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的放大器，其特征在于，所述放大器还包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述节点耦合，所述第二二极管的负极与所述接地端耦合；

   所述第一二极管和所述第二二极管串联或并联在所述节点和所述接地端之间。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的放大器，其特征在于，所述放大器还包括第三负载，所述第三负载的一端与所述第一放大电路耦合，另一端与所述接地端耦合。
6. 根据权利要求5所述的放大器，其特征在于，所述第三负载为电感。
7. 根据权利要求1-6任一项所述的放大器，其特征在于，所述第一放大电路包括第一晶体管，所述第一晶体管的栅极分别与所述信号输入端、所述第一可调偏置电压端耦合，所述第一晶体管的第一极与所述节点耦合，所述第一晶体管的第二极与所述接地端耦合；

   其中，所述第一晶体管的所述第一极和所述第二极中一个为源极，一个为漏极。
8. 根据权利要求1-7任一项所述的放大器，其特征在于，所述第二放大电路包括第二晶体管，所述第二晶体管的栅极与所述第二可调偏置电压端耦合，所述第二晶体管的第一极与所述信号输出端耦合，所述第二晶体管的第二极与所述节点耦合；

   其中，所述第二晶体管的所述第一极和所述第二极中一个为源极，一个为漏极。
9. 根据权利要求1-8任一项所述的放大器，其特征在于，所述放大器还包括第一偏置电压产生电路，所述第一偏置电压产生电路的输出端与所述第一可调偏置电压端耦合，用于为所述第一可调偏置电压端提供第一偏置电压。
10. 根据权利要求1-9任一项所述的放大器，其特征在于，所述放大器还包括第二偏置电压产生电路，所述第二偏置电压产生电路的输出端与所述第二可调偏置电压端耦合，用于为所述第二可调偏置电压端提供第二偏置电压。
11. 根据权利要求1-10任一项所述的放大器，其特征在于，所述放大器还包括反馈电路，所述反馈电路分别与所述信号输入端和所述信号输出端耦合，用于对经所述第一放大电路和所述第二放大电路放大后的信号进行反馈。
12. 根据权利要求11所述的放大器，其特征在于，所述反馈电路包括串联的反馈电容和反馈电阻。
13. 一种电子设备，其特征在于，包括第四负载、处理器如权利要求1-12任一项所述的放大器；

    所述第四负载与所述放大器的信号输出端耦合，所述处理器与所述放大器耦合。
14. 一种放大器的控制方法，其特征在于，所述放大器包括：第一放大电路、第二放大电路、第一二极管、第一可调偏置电压端、第一负载、节点、信号输入端、信号输出端、电源电压端、第二可调偏置电压端和接地端；

    所述第一放大电路的输入端与所述信号输入端和所述第一可调偏置电压端均耦合，所述第一可调偏置电压端为所述第一放大电路提供可调的第一偏置电压；所述第一放大电路的输出端与所述第二放大电路的输入端耦合，所述第二放大电路的输出端与所述第一负载的一端和所述信号输出端均耦合；所述第一放大电路的一端还与所述接地端耦合；所述第二放大电路的控制端与所述第二可调偏置电压端耦合，所述第二可调偏置电压端为所述第二放大电路提供可调的第二偏置电压；其中，所述第一放大电路的输入端接收所述信号输入端提供的射频信号，所述第一放大电路将所述射频信号放大后输出给所述第二放大电路的输入端，所述第二放大电路的输入端接收所述第一放大电路的输出端输出的信号，所述第二放大电路将所述信号放大后提供给所述信号输出端；

    所述第一放大电路的输出端和所述第二放大电路的输入端耦合于所述节点，所述第一二极管的正极与所述节点耦合，所述第一二极管的负极与所述接地端耦合；

    所述第一负载的另一端与所述电源电压端耦合；

    所述控制方法包括：

    所述第一可调偏置电压端接收第一偏置电压，以使所述第一放大电路在饱和区工作；

    所述第二可调偏置电压端接收第二偏置电压；其中，所述第一偏置电压用于使所述第一放大电路工作在所述饱和区的三阶跨导系数为第一三阶跨导系数；所述第二偏置电压用于使所述第一二极管工作在饱和区的三阶跨导系数为第二三阶跨导系数，所述第一三阶跨导系数和所述第二三阶跨导系数中一个为正数，一个为负数。
15. 根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述放大器还包括：第二负载，所述第二负载和所述第一二极管串联在所述节点和所述接地端之间；其中，所述第二负载为可变电阻；

    所述第二偏置电压用于使所述第一二级管和所述第二负载工作在所述饱和区的三阶跨导系数为所述第二三阶跨导系数。