CN116827278B - 一种低功耗自适应补偿线性放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗自适应补偿线性放大器，属于集成电路设计技术领域，其包括与自适应可调谐放大网络连接的自适应基极电容补偿调谐网络和自适应偏置控制网络；本发明利用自适应基极电容控制技术和自适应偏置控制技术，有效控制堆叠级间阻抗匹配和泄露电流，从而提高回退效率和线性度指标，尤其可以改善毫米波频段大信号和小信号堆叠的时候电容泄露较多的难题，从而使得整个电路具有低功耗和高线性度的特性。

Description

一种低功耗自适应补偿线性放大器

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种低功耗自适应补偿线性放大器。

背景技术

随着5G民用通信市场的快速发展，射频前端接收器也向高性能、高集成、低功耗的方向发展。因此市场迫切的需求毫米波频段的高增益、高线性度、低功耗的微波毫米波放大器芯片。然而，当前传统微波毫米波放大器芯片设计中，一直存在一些设计难题，主要体现：采用锗硅堆叠放大器设计时，当共射共基管的基极电容较大时，共射共基管基极交流接地，泄漏电流为零，增益和效率不会恶化，但是堆叠晶体管级间阻抗匹配不好，同时共基管存在集电极和基极间电压击穿风险；当共射共基管的基极电容较小时，增益和效率会发生一定程度恶化，且存在较大的基极到地泄漏电流，这个电流是随着输入功率变化和集电极电压摆幅而变化的。因此固定的共射共基管的基极电容无法同时兼顾大信号和小信号状态下的阻抗匹配。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的低功耗自适应补偿线性放大器改善了现有的放大器中毫米波频段大信号和小信号堆叠的时候电容泄露较多的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种低功耗自适应补偿线性放大器，包括自适应基极电容补偿调谐网络、自适应可调谐放大网络和自适应偏置控制网络；

所述自适应可调谐放大网络的第一输入端作为所述放大器的射频输入端，所述自适应可调谐放大网络的输出端作为所述放大器的射频输出端；

所述自适应基极电容补偿调谐网络的第一输出端分别与自适应可调谐放大网络的第二输入端和所述自适应偏置控制网络输入端连接，所述自适应基极电容补偿调谐网络的第二输出端与所述自适应可调谐放大网络的第三输入端连接，所述自适应基极电容补偿调谐网络的第三输出端与所述自适应可调谐放大网络的第四输入端连接；

所述自适应偏置控制网络的第一输出端与所述自适应可调谐放大网络的第五输入端连接，所述自适应偏置控制网络的第二输出端与所述自适应可调谐放大网络的第六输入端连接。

本发明的有益效果为：

本发明利用自适应基极电容控制技术和自适应偏置控制技术，有效控制堆叠级间阻抗匹配和泄露电流，从而提高回退效率和线性度指标，尤其可以改善毫米波频段大信号和小信号堆叠的时候电容泄露较多的难题，从而使得整个电路具有低功耗和高线性度的特性。

进一步地，所述自适应基极电容补偿调谐网络包括N型场效应管M₃、P型场效应管M₄、三极管Q₄、三极管Q₅和三极管Q₆；

所述N型场效应管M₃的源极接地，所述N型场效应管M₃的栅极分别与电阻R₈的一端和P型场效应管M₄的栅极连接，所述电阻R₈的另一端与电阻R₉的一端连接，并作为所述自适应基极电容补偿调谐网络的第一输出端，所述P型场效应管M₄的漏极与所述N型场效应管M₃的漏极连接，并作为所述自适应基极电容补偿调谐网络的第二输出端，所述P型场效应管M₄的源极与自适应基极电容补偿调谐控制电压V_ct1连接；

所述三极管Q₆的发射极与所述电阻R₉的另一端连接，所述三极管Q₆的基极分别与接地电容C₉、三极管Q₅的集电极、三极管Q₅的基极和电阻R₁₁的一端连接，所述三极管Q₅的发射极分别与三极管Q₄的集电极和三极管Q₄的基极连接，所述三极管Q₄的发射极接地，所述电阻R₁₁的另一端分别与三极管Q₆的集电极和电阻R₁₀的一端连接，所述电阻R₁₀的另一端与接地电容C₁₀连接，并作为所述自适应基极电容补偿调谐网络的第三输出端。

上述进一步方案的有益效果为：上述自适应基极电容补偿调谐网络利用自适应基极电容控制技术，有效控制堆叠级间阻抗匹配，尤其可以改善毫米波频段大信号和小信号的时候堆叠电容泄露较多的难题。

进一步地，所述自适应可调谐放大网络包括三极管Q₁、三极管Q₂、三极管Q₃、N型场效应管M₁和N型场效应管M₂；

所述N型场效应管M₁的源极与电容C₂的一端连接并接地，所述电容C₂的另一端分别与电容C₁的一端和电感L₂的一端连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第二输入端，所述电容C₁的另一端与接地电感L₁连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第一输入端，所述N型场效应管M₁的漏极分别与接地电阻R₁、接地电容C₄和电容C₃的一端连接，所述N型场效应管M₁的栅极与电阻R₄的一端连接，所述电阻R₄的另一端分别与接地电阻R₃和电阻R₅的一端连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第三输入端；

所述N型场效应管M₂的栅极与电阻R₅的另一端连接，所述N型场效应管M₂的源极接地，所述N型场效应管M₂的漏极分别与接地电阻R₂、接地电容C₆和电容C₅的一端连接；

所述三极管Q₁的基极与电感L₂的另一端连接，所述三极管Q₁的发射极接地，所述三极管Q₁的集电极与三极管Q₂的发射极连接，所述三极管Q₂的基极分别与电容C₃的另一端和电阻R₆的一端连接，所述电阻R₆的另一端作为所述自适应可调谐放大网络的第六输入端，所述三极管Q₂的集电极与所述三极管Q₃的发射极连接，所述三极管Q₃的基极分别与所述电容C₅的另一端和电阻R₇的一端连接，所述电阻R₇的另一端作为所述自适应可调谐放大网络的第五输入端，所述三极管Q₃的集电极分别与电感L₃的一端和电容C₈的一端连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第四输入端，所述电感L₃的另一端分别与接地电容C₇和集电极供电电压Vcc连接，所述电容C₈的另一端作为所述自适应可调谐放大网络的输出端。

上述进一步方案的有益效果为：上述自适应可调谐放大网络配套自适应基极电容补偿调谐网络和自适应偏置控制网络，并且具有提升放大器的稳定性、隔离度和增益，可以显著降低功耗，利用自偏置接口可以简化供电网络。

进一步地，所述自适应偏置控制网络包括P型场效应管M₅、P型场效应管M₆、P型场效应管M₇、P型场效应管M₈和P型场效应管M₉；

所述P型场效应管M₅的漏极接地，所述P型场效应管M₅的栅极与电阻R₁₅的一端连接，所述电阻R₁₅的另一端作为所述自适应偏置控制网络的输入端，所述P型场效应管M₅的源极分别与电阻R₁₃的一端、P型场效应管M₆的漏极和P型场效应管M₆的栅极连接，所述电阻R₁₃的另一端作为所述自适应偏置控制网络的第二输出端，所述P型场效应管M₆的源极分别与电阻R₁₄的一端和P型场效应管M₇的漏极连接，所述电阻R₁₄的另一端作为所述自适应偏置控制网络的第一输出端，所述P型场效应管M₇的源极分别与自适应偏置控制电压V_ct2和P型场效应管M₉的源极连接，所述P型场效应管M₉的栅极与所述P型场效应管M₇的栅极连接，所述P型场效应管M₉的漏极与所述P型场效应管M₈的源极连接，所述P型场效应管M₈的栅极分别与所述P型场效应管M₈的漏极和接地电阻R₁₆连接。

上述进一步方案的有益效果为：上述自适应偏置控制网络利用自适应偏置控制技术，提高回退效率和线性度指标。

附图说明

图1为本发明提供的低功耗自适应补偿线性放大器原理框图。

图2为本发明提供的低功耗自适应补偿线性放大器电路图。

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低功耗自适应补偿线性放大器，如图1所示，1.包括自适应基极电容补偿调谐网络、自适应可调谐放大网络和自适应偏置控制网络；

所述自适应可调谐放大网络的第一输入端作为所述放大器的射频输入端，所述自适应可调谐放大网络的输出端作为所述放大器的射频输出端；

所述自适应基极电容补偿调谐网络的第一输出端分别与自适应可调谐放大网络的第二输入端和所述自适应偏置控制网络输入端连接，所述自适应基极电容补偿调谐网络的第二输出端与所述自适应可调谐放大网络的第三输入端连接，所述自适应基极电容补偿调谐网络的第三输出端与所述自适应可调谐放大网络的第四输入端连接；

所述自适应偏置控制网络的第一输出端与所述自适应可调谐放大网络的第五输入端连接，所述自适应偏置控制网络的第二输出端与所述自适应可调谐放大网络的第六输入端连接。

如图2所示，本发明实施例中的自适应基极电容补偿调谐网络包括N型场效应管M₃、P型场效应管M₄、三极管Q₄、三极管Q₆和三极管Q₆；

所述N型场效应管M₃的源极接地，所述N型场效应管M₃的栅极分别与电阻R₈的一端和P型场效应管M₄的栅极连接，所述电阻R₈的另一端与电阻R₉的一端连接，并作为所述自适应基极电容补偿调谐网络的第一输出端，所述P型场效应管M₄的漏极与所述N型场效应管M₃的漏极连接，并作为所述自适应基极电容补偿调谐网络的第二输出端，所述P型场效应管M₄的源极与自适应基极电容补偿调谐控制电压V_ct1连接；

所述三极管Q₆的发射极与所述电阻R₉的另一端连接，所述三极管Q₆的基极分别与接地电容C₉、三极管Q₅的集电极、三极管Q₅的基极和电阻R₁₁的一端连接，所述三极管Q₅的发射极分别与三极管Q₄的集电极和三极管Q₄的基极连接，所述三极管Q₄的发射极接地，所述电阻R₁₁的另一端分别与三极管Q₆的集电极和电阻R₁₀的一端连接，所述电阻R₁₀的另一端与接地电容C₁₀连接，并作为所述自适应基极电容补偿调谐网络的第三输出端。

如图2所示，本发明实施例中的自适应可调谐放大网络包括三极管Q₁、三极管Q₂、三极管Q₃、N型场效应管M₁和N型场效应管M₂；

所述N型场效应管M₁的源极与电容C₂的一端连接并接地，所述电容C₂的另一端分别与电容C₁的一端和电感L₂的一端连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第二输入端，所述电容C₁的另一端与接地电感L₁连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第一输入端，所述N型场效应管M₁的漏极分别与接地电阻R₁、接地电容C₄和电容C₃的一端连接，所述N型场效应管M₁的栅极与电阻R₄的一端连接，所述电阻R₄的另一端分别与接地电阻R₃和电阻R₅的一端连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第三输入端；

所述N型场效应管M₂的栅极与电阻R₅的另一端连接，所述N型场效应管M₂的源极接地，所述N型场效应管M₂的漏极分别与接地电阻R₂、接地电容C₆和电容C₅的一端连接；

所述三极管Q₁的基极与电感L₂的另一端连接，所述三极管Q₁的发射极接地，所述三极管Q₁的集电极与三极管Q₂的发射极连接，所述三极管Q₂的基极分别与电容C₃的另一端和电阻R₆的一端连接，所述电阻R₆的另一端作为所述自适应可调谐放大网络的第六输入端，所述三极管Q₂的集电极与所述三极管Q₃的发射极连接，所述三极管Q₃的基极分别与所述电容C₅的另一端和电阻R₇的一端连接，所述电阻R₇的另一端作为所述自适应可调谐放大网络的第五输入端，所述三极管Q₃的集电极分别与电感L₃的一端和电容C₈的一端连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第四输入端，所述电感L₃的另一端分别与接地电容C₇和集电极供电电压Vcc连接，所述电容C₈的另一端作为所述自适应可调谐放大网络的输出端。

如图2所示，本发明实施例中的自适应偏置控制网络包括P型场效应管M₅、P型场效应管M₆、P型场效应管M₇、P型场效应管M₈和P型场效应管M₉；

所述P型场效应管M₅的漏极接地，所述P型场效应管M₅的栅极与电阻R₁₅的一端连接，所述电阻R₁₅的另一端作为所述自适应偏置控制网络的输入端，所述P型场效应管M₅的源极分别与电阻R₁₃的一端、P型场效应管M₆的漏极和P型场效应管M₆的栅极连接，所述电阻R₁₃的另一端作为所述自适应偏置控制网络的第二输出端，所述P型场效应管M₆的源极分别与电阻R₁₄的一端和P型场效应管M₇的漏极连接，所述电阻R₁₄的另一端作为所述自适应偏置控制网络的第一输出端，所述P型场效应管M₇的源极分别与自适应偏置控制电压V_ct2和P型场效应管M₉的源极连接，所述P型场效应管M₉的栅极与所述P型场效应管M₇的栅极连接，所述P型场效应管M₉的漏极与所述P型场效应管M₈的源极连接，所述P型场效应管M₈的栅极分别与所述P型场效应管M₈的漏极和接地电阻R₁₆连接。

下面对本实施例中的线性放大器的工作原理及过程进行介绍：

射频信号进入自适应可调谐放大网络，经过输入阻抗匹配、信号放大、输出阻抗匹配后，进入放大器的输出端；本发明中的自适应基极电容补偿调谐网络，利用自适应基极电容控制电压，当放大器工作在饱和工作点的大信号的时候，基极电容被自适应控制在80fF到120fF的范围内，当放大器工作在6dB以上的功率回退点的小信号的时候，基极电容被自适应控制在220fF到300fF的范围内，从而有效控制堆叠级间阻抗匹配，尤其可以改善毫米波频段大信号和小信号的时候堆叠电容泄露较多的难题；本发明中的自适应偏置控制网络，利用自适应偏置控制技术，提高回退效率和线性度指标，当放大器工作在饱和工作点的大信号的时候，放大器静态电流被拉低到小信号状态下的60~70%，从而有效实现低功耗控制。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种低功耗自适应补偿线性放大器，其特征在于，包括自适应基极电容补偿调谐网络、自适应可调谐放大网络和自适应偏置控制网络；

所述自适应可调谐放大网络的第一输入端作为所述放大器的射频输入端，所述自适应可调谐放大网络的输出端作为所述放大器的射频输出端；

所述自适应基极电容补偿调谐网络的第一输出端分别与自适应可调谐放大网络的第二输入端和所述自适应偏置控制网络输入端连接，所述自适应基极电容补偿调谐网络的第二输出端与所述自适应可调谐放大网络的第三输入端连接，所述自适应基极电容补偿调谐网络的第三输出端与所述自适应可调谐放大网络的第四输入端连接；

所述自适应偏置控制网络的第一输出端与所述自适应可调谐放大网络的第五输入端连接，所述自适应偏置控制网络的第二输出端与所述自适应可调谐放大网络的第六输入端连接；

所述自适应基极电容补偿调谐网络包括N型场效应管M₃、P型场效应管M₄、三极管Q₄、三极管Q₅和三极管Q₆；

所述N型场效应管M₃的源极接地，所述N型场效应管M₃的栅极分别与电阻R₈的一端和P型场效应管M₄的栅极连接，所述电阻R₈的另一端与电阻R₉的一端连接，并作为所述自适应基极电容补偿调谐网络的第一输出端，所述P型场效应管M₄的漏极与所述N型场效应管M₃的漏极连接，并作为所述自适应基极电容补偿调谐网络的第二输出端，所述P型场效应管M₄的源极与自适应基极电容补偿调谐控制电压V_ct1连接；

所述三极管Q₆的发射极与所述电阻R₉的另一端连接，所述三极管Q₆的基极分别与接地电容C₉、三极管Q₅的集电极、三极管Q₅的基极和电阻R₁₁的一端连接，所述三极管Q₅的发射极分别与三极管Q₄的集电极和三极管Q₄的基极连接，所述三极管Q₄的发射极接地，所述电阻R₁₁的另一端分别与三极管Q₆的集电极和电阻R₁₀的一端连接，所述电阻R₁₀的另一端与接地电容C₁₀连接，并作为所述自适应基极电容补偿调谐网络的第三输出端；

所述自适应可调谐放大网络包括三极管Q₁、三极管Q₂、三极管Q₃、N型场效应管M₁和N型场效应管M₂；

所述N型场效应管M₁的源极与电容C₂的一端连接并接地，所述电容C₂的另一端分别与电容C₁的一端和电感L₂的一端连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第二输入端，所述电容C₁的另一端与接地电感L₁连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第一输入端，所述N型场效应管M₁的漏极分别与接地电阻R₁、接地电容C₄和电容C₃的一端连接，所述N型场效应管M₁的栅极与电阻R₄的一端连接，所述电阻R₄的另一端分别与接地电阻R₃和电阻R₅的一端连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第三输入端；

所述N型场效应管M₂的栅极与电阻R₅的另一端连接，所述N型场效应管M₂的源极接地，所述N型场效应管M₂的漏极分别与接地电阻R₂、接地电容C₆和电容C₅的一端连接；

所述三极管Q₁的基极与电感L₂的另一端连接，所述三极管Q₁的发射极接地，所述三极管Q₁的集电极与三极管Q₂的发射极连接，所述三极管Q₂的基极分别与电容C₃的另一端和电阻R₆的一端连接，所述电阻R₆的另一端作为所述自适应可调谐放大网络的第六输入端，所述三极管Q₂的集电极与所述三极管Q₃的发射极连接，所述三极管Q₃的基极分别与所述电容C₅的另一端和电阻R₇的一端连接，所述电阻R₇的另一端作为所述自适应可调谐放大网络的第五输入端，所述三极管Q₃的集电极分别与电感L₃的一端和电容C₈的一端连接，并作为所述自适应可调谐放大网络的第四输入端，所述电感L₃的另一端分别与接地电容C₇和集电极供电电压Vcc连接，所述电容C₈的另一端作为所述自适应可调谐放大网络的输出端；

所述自适应偏置控制网络包括P型场效应管M₅、P型场效应管M₆、P型场效应管M₇、P型场效应管M₈和P型场效应管M₉；

所述P型场效应管M₅的漏极接地，所述P型场效应管M₅的栅极与电阻R₁₅的一端连接，所述电阻R₁₅的另一端作为所述自适应偏置控制网络的输入端，所述P型场效应管M₅的源极分别与电阻R₁₃的一端、P型场效应管M₆的漏极和P型场效应管M₆的栅极连接，所述电阻R₁₃的另一端作为所述自适应偏置控制网络的第二输出端，所述P型场效应管M₆的源极分别与电阻R₁₄的一端和P型场效应管M₇的漏极连接，所述电阻R₁₄的另一端作为所述自适应偏置控制网络的第一输出端，所述P型场效应管M₇的源极分别与自适应偏置控制电压V_ct2和P型场效应管M₉的源极连接，所述P型场效应管M₉的栅极与所述P型场效应管M₇的栅极连接，所述P型场效应管M₉的漏极与所述P型场效应管M₈的源极连接，所述P型场效应管M₈的栅极分别与所述P型场效应管M₈的漏极和接地电阻R₁₆连接。