CN1216457C - 功率放大电路 - Google Patents

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Abstract

一种功率放大电路(1)，包括串联并耦合于一dc电压源节点(14)和一地节点(gnd)之间的一第一MOSFET(10)和一第二MOSFET(12)，一rf输入信号节点(18)耦合到所述第一MOSFET(10)的一栅极，提供dc偏置电压给MOSFET(10)的栅极，以及一dc控制电压节点(26)耦合到所述第二MOSFET(12)的一栅极，一单向-导电元件(32)耦合于所述第二MOSFET(12)的一漏极和所述第二MOSFET(12)的所述栅极之间，和所述放大电路(1)从所述第二MOSFET(12)的所述漏极的一输出。此电路结构允许第一和第二MOSFET经得起一更大输出电压漂移，因此允许采用一更高电源电压并且因此导致一为一所给的负载值的实质增长最大输出电源能力。

Description

功率放大电路
技术领域
本发明属于三极管放大电路领域，尤其与适合用于高频的功率放大电路相关。
背景技术
用于高频的模拟功率放大电路(与E类或开关电路不同)典型地由A类，AB类，B类，C类，或F类操作，有源元件在所选导电的角度下作为一模拟放大器进行操作。此电源放大器用于一无线通信装置中并采用GaAsMESFET和深-亚微米CMOS技术设计。
在此电源放大器中，输出晶体管漏极的信号漂移典型地为电源供应电压的三倍。这限制了用于避免MOS晶体管栅极-漏极击穿的最大供应电压。因此，例如，在一0.25微米CMOS处理中，普通供应电压为2.5伏。然而，由于栅极击穿电压为6伏，此处理中不能使用一2.5伏B类放大器。在常规射地-基地放大器结构中，一晶体管为普通-源极结构且其他晶体管为一普通-栅极结构，其中普通-栅极晶体管有一恒定直流栅极电压且在操作频率栅极实质上接地，击穿问题可减少但不能消除。
尽管存在采用串联晶体管和自举技术提高电路性能的各种现有技术，如US专利号3,268,827；4,100,438；4,284,905；以及4,317,055，这些参考文献未涉及如何使射地-基地放大器模拟功率放大电路的可用电源供应电压最大化的问题。因此，由于元件击穿抑制，需要一射地-基地放大器功率放大电路其中通过在低于额定供应电压上操作输出级使电源输出不受限。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种射地-基地放大器功率放大电路，其中可使用的电源供应电压最大化，使得电源输出不受元件击穿特性的限制。
依据本发明，此目的可通过一种新的具有射地-基地放大器自举结构的模拟电源放大器电路达到，其中第二MOSFET和第一MOSFET串联在一直流电压源节点和一地节点之间，一射频输入信号节点与第一MOSFET的栅极相连并且一直流控制电压节点与第二MOSFET的栅极相连。为获得自举效应，一单向导电元件耦合于第二MOSFET的一漏极和栅极之间，且放大器电路的一输出来自第二MOSFET的漏极。
在本发明的一个最佳实施例中，直流控制电压源节点通过一电阻耦合于第二MOSFET的栅极，且射频输入信号节点通过一电容耦合于第一MOSFET的栅极。
在本发明的另一个最佳实施例中，单向导电元件是一二极管互连的MOSFET，它实现自举作用。
在本发明的还一个最佳实施例中，一电阻与单向导电元件串联。
根据本发明的一种射地-基地放大器自举模拟功率放大电路对现有技术中的模拟电源放大器其中可用电源供应电压可最大化至达到充分提高电源输出提供一种有效改进。
附图说明
本发明的这些和其它方面将在如下描述的实施例更明显和清楚。
联系附图，参照以下描述，本发明将更清楚，其中唯一的附图表示根据本发明的一个射地-基地放大器自举模拟功率放大电路的简单示意图。
具体实施方式
在常规的模拟射地-基地放大器中，上级晶体管(类似于图中晶体管12)在一普通-栅极模式下操作，当下级晶体管(类似于图中晶体管10)在一普通-源极模式下操作。为了上级晶体管能在普通-栅极模式下操作，它的栅极典型地通过一包括一电容和一电感的调谐电路连接到地，电感典型地由粘合线电感形成。由于此串联LC振荡电路实际上典型地为窄波段，必须使用几个电感-电容对，因此需要几个粘合焊盘和一更大得芯片面积。在此情况下，上级晶体管的栅极实质上在射频地且它的电压实质上不变，因此实现所要的普通-栅极操作模式。然而，当一射地-基地放大器如此操作，此级仍然必须在小于额定供应电压下操作以避免元件击穿，因此限制了电源输出。
本发明通过考虑到小信号操作时要求而大信号应用如电源放大器时不要求在上级晶体管的栅极提供一射频地的常规方法克服了前述缺点。通过允许在上级栅极有一射频漂移，以如下所述的方法，可获得一高输出电源和一高电源附加效应。
依据本发明的一射地-基地放大器自举模拟功率放大电路的一简化示意图如图所示。此放大器可通过提供适当偏压条件在A类，AB类，B类，C类或F类下操作。此放大器电路包括一具有与一第二MOSFET 12相连的主电流路径的第一MOSFET 10，此串联对通过一连接到节点14的电感16耦合于一直流电压源节点14和一地节点(地)之间。
一射频输入信号节点18通过一耦合电容20耦合到MOSFET的一栅极，并且一直流偏置电压通过一连接到一偏置电压24源的电阻22提供到MOSFET 10的栅极。
MOSFET 12的栅极通过一电阻28耦合到一直流控制电压节点26，且MOSFET 12的栅极通过一电容30耦合地，此电容在操作频率上提供一有限阻抗。另外，MOSFET 12的栅极和漏极通过一单向导电元件耦合，此处当漏极电压比栅极电压大时，一另一MOSFET 32导电。此另一MOSFET以随后描述的方法提供一自举效应。组件32可选地为一pn型二极管。
放大器电路有源部分的输出，来自MOSFET 12的漏极，通过一匹配电路36耦合到表示为电阻34的一负载。
如上所述，现有技术中射地-基地放大器的常规操作对能用于避免栅极-漏极击穿的最大供应电压有一定的限制，因此实质上减小了最大可用输出电源。
通过利用一如图所示的射地-基地放大器自举模拟功率放大电路可达到输出电源的改进。为了简单并有效地获得所要的自举效应，通过耦合一单向导电元件，此处为二极管互连MOSFET 32于第二MOSFET(12)的一漏极和栅极之间达到以上改进。当在MOSFET 10栅极的信号增大时，晶体管10和12的电流将增大，且晶体管12的栅极电压将减小。因此，元件32将不导电，且在电路操作中无作用。当MOSFET 10的漏极电压减小时，MOSFET 10的电流将减小，且MOSFET 12的漏极电压将开始增长。一旦此电压增长到高于应用到MOSFET 12栅极的直流电压与二极管互连MOSFET32的阈值电压之和，组件32开始导电，且将导致MOSFET 12的栅极电压增长，随后漏极电压增长。通过适当选择组件28和30的值，即组件32的几何结构，MOSFET 12的漏极-栅极电压可被适当控制。由于MOSFET 12的栅极控制它的源极电压，且MOSFET 12的源极连接到MOSFET 10的漏极，MOSFET 10的栅极-漏极电压也可被控制。
对MOSFET 12的漏极-栅极电压更进一步的控制可通过提供一与二极管互连MOSFET 32串联的电阻38获得。此电阻在组件32导电时提供了一电压降，限制了通过包括组件32和38的串联路径的电流也漂移了组件32开始导电点。另外，电阻38的值可选择地控制电容30的充电率，因此通过优化晶体管12栅极电压增长的延迟并允许优化晶体管10和12的电压分配，使得增加了额外的设计复杂性。
已发现当允许采用一所给的晶体管设计的最大可能供应电压而晶体管不击穿时，当组件10和12接收到相同的漏极-栅极电压最大值，当可获得最佳击穿能力。通过适当选择如上讨论的组件28，30，32和38的参数，以获得此条件，本发明的电路可在一比一常规放大电路的较大供应电压下工作，因此有效地增长输出电源至一所给负载值。
因此，本发明提供了一射地-基地放大器自举模拟功率放大电路，其中可用的电源供应电压可最大化，这样电源输出不受在一较低电压操作输出级需要的限制而受额定为避免组件击穿的供应电压限制。另外，通过采用一简单而经济的电路配置本发明可获得改进。
本发明已参照最佳实施例进行了详细地描述，本领域普通技术人员在不脱离本发明精神和范围的情况下可在形式和细节上作各种改变。因此，例如，本发明可如应用CMOS技术一般应用GaAs MESFET或GaAs PHEMT技术。因此，可使用各种晶体管或其他组件，且为适合特殊的设计需要电路配置可选。

Claims (7)

1.一种功率放大电路(1)，包括串联并耦合于一直流电压源节点(14)和一地节点(gnd)之间的一第二MOSFET(12)和一第一MOSFET(10)，一射频输入信号节点(18)耦合到所述第一MOSFET(10)的一栅极，提供直流偏置电压给所述第一MOSFET(10)的栅极，以及一直流控制电压节点(26)耦合到所述第二MOSFET(12)的一栅极，一单向导电元件(32)耦合于所述第二MOSFET(12)的一漏极和所述第二MOSFET(12)的所述栅极之间，和所述放大电路(1)从所述第二MOSFET(12)的所述漏极的一输出。
2.根据权利要求1所述的功率放大电路(1)，其特征在于，所述第二MOSFET(12)的一漏极通过一电感(16)耦合到所述直流电压源节点(14)且所述第一MOSFET(10)的一源极与所述地节点(gnd)连接。
3.根据权利要求2所述的功率放大电路(1)，其特征在于，所述放大器电路(1)的输出通过一匹配电路(36)耦合到一负载。
4.根据权利要求1所述的功率放大电路(1)，其特征在于，所述直流控制电压节点(26)通过一电阻(28)耦合到第二MOSFET(12)的所述栅极且所述射频输入信号节点(18)通过一电容(20)耦合到第一MOSFET(10)的栅极。
5.根据权利要求1所述的功率放大电路(1)，其特征在于，所述单向导电元件(32)是另一MOSFET(32)。
6.根据权利要求5所述的功率放大电路(1)，其特征在于，一电阻(38)与所述另一MOSFET(32)串联。
7.根据权利要求1所述的功率放大电路(1)，其特征在于，一电阻(38)与所述单向导电元件(32)串联。
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