CN203206183U

CN203206183U - 一种差分射频放大器

Info

Publication number: CN203206183U
Application number: CN 201320109234
Authority: CN
Inventors: 冯卫锋; 章国豪; 李义梅
Original assignee: Core Microelectronics Technology (shanghai) Co Ltd
Current assignee: Core Microelectronics Technology (shanghai) Co Ltd
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2023-03-11

Abstract

一种差分射频放大器，包括共栅器件栅极静态偏置电路和电荷泵电路，由四个N沟道的金属氧化物半导体管、两个隔直电容、两个二极管、输出变压器、偏置电阻和负载电阻组成。本实用新型由放大器电路本身根据输出信号的幅度，动态地改变共栅器件的栅极电压，使得放大器电路只在输出信号幅度较大的时候，提高共栅器件的栅极电压，以达到提高最大输出功率和效率。

Description

一种差分射频放大器

技术领域

本实用新型涉及差分射频放大器，特别是一种差分射频放大器，具有较大的输出功率和效率。

背景技术

CMOS差分射频功率放大器通常采用共源共栅结构，如图1所示。射频差分输入信号在共源器件101的栅极，共栅器件102的栅极电压通常为固定电压。为了提高放大器的增益和效率，共源器件通常采用高频性能好的低电压器件，而共栅器件通常采用击穿电压高的高压器件。提高共栅器件的静态偏置电压会提高放大器的最大输出功率和效率，但是这样也会使得共源器件的漏极静态电压过高，给低压的共源器件的可靠性带来问题。通常共栅器件的偏置选择不能太高，以避免共源器件的漏极静态电压超过规定值。

线性功率放大器的输入信号和输出信号的幅度随时间变化，变化范围由调制方式决定。常规的差分共源共栅射频放大器只包含共栅器件栅极静态偏置电路，栅极电压为固定值，不随射频信号的幅度变化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种差分射频放大器，该差分射频放大器的偏置电路在不提高共栅器件的栅极静态偏置电压以及共源器件漏极静态电压，不影响器件可靠性的前提下，由放大器电路本身根据输出信号的幅度，动态地改变共栅器件的栅极电压，使得放大器电路只在输出信号幅度较大的时候，提高共栅器件的栅极电压，以达到提高最大输出功率和效率。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种差分射频放大器，其特点在于由第一N沟道的金属氧化物半导体管、第二N沟道的金属氧化物半导体管、第三N沟道的金属氧化物半导体管、第四N沟道的金属氧化物半导体管，第一隔直电容、第二隔直电容、第一二极管、第二二极管、输出变压器、偏置电阻和负载电阻组成，上述元部件的连接关系如下：

第一N沟道的金属氧化物半导体管和第二N沟道的金属氧化物半导体管的栅极为差分输入端，第一N沟道的金属氧化物半导体管和第二N沟道的金属氧化物半导体管的源极连在一起并接地；第三N沟道的金属氧化物半导体管和第四N沟道的金属氧化物半导体管为叠管，它们的源级与第一N沟道的金属氧化物半导体管和第二N沟道的金属氧化物半导体管的漏级分别连接，组成差分共源共栅结构；第三N沟道的金属氧化物半导体管和第四N沟道的金属氧化物半导体管的栅极连接在一起，并和偏置电阻相连，该偏置电阻的另一端接偏置电压；所述的输出变压器的原边与所述的第三N沟道的金属氧化物半导体管和第四N沟道的金属氧化物半导体管的漏级相连，所述的第一隔直电容和第一二极管的正极相联，第一隔直电容的另一端和第三N沟道的金属氧化物半导体管的漏极相连，第一二极管的负极和第三N沟道的金属氧化物半导体管的栅极相连接；所述的第二隔直电容和第二二极管正极相联，第二隔直电容的另一端和第四N沟道的金属氧化物半导体管的漏极相连，第二二极管的负极和第四N沟道的金属氧化物半导体管的栅极相连接，所述的第一隔直电容、第二隔直电容、第一二极管和第二二极管共同组成电荷泵电路。

所述的第一二极管和第二二极管分别由第五N沟道的金属氧化物半导体管、第六N沟道的金属氧化物半导体管替换，所述的第五N沟道的金属氧化物半导体管的栅极和漏极接在一起并和第一隔直电容相连接，第一隔直电容的另一端和第三N沟道的金属氧化物半导体管的漏极相连；所述的第六N沟道的金属氧化物半导体管的栅极和漏极接在一起并和第二隔直电容相连接，第二隔直电容的另一端和第四N沟道的金属氧化物半导体管的漏极相连，第五N沟道的金属氧化物半导体管的源极、第六N沟道的金属氧化物半导体管的源极、所述的第三N沟道的金属氧化物半导体管的栅极和第四N沟道的金属氧化物半导体管的栅极连成节点，所述的第一隔直电容、第二隔直电容、第五N沟道的金属氧化物半导体管和第六N沟道的金属氧化物半导体管共同组成电荷泵电路。

本实用新型基于动态自偏置电路的差分射频放大器的结构如图2所示，主要由共栅器件栅极静态偏置电路和电荷泵电路组成。电荷泵电路可以由隔直电容和二极管或者提供相似功能的器件实现。在放大器无输入/输出信号或者输入/输出信号幅度较小的时候，共栅器件的栅极电压由常规的静态偏置电路决定和提供。当输出信号幅度大时，二极管导通，电荷泵电路开始工作，对共栅器件的栅极电容进行充电，以提高栅极电压。电荷泵电路的充放电时间常数应该足够快，能很好地跟踪输入/输出射频信的包络信号。

随着移动通信设备的速率提高，射频信号调制方式的复杂程度也随之增加。射频放大器的输出信号幅度地变化越来越大。平衡射频放大器的最大输出功率、效率和可靠性带来的难度也越来越大。

本实用新型的技术效果是：

本实用新型基于动态自偏置电路的差分射频放大器在不影响器件可靠性的前提下，由放大器电路本身根据输出信号的幅度，动态地改变共栅器件的栅极电压，使得放大器电路只在输出信号幅度较大的时候，提高共栅器件的栅极电压，以达到提高最大输出功率和效率。

附图说明

图1常规CMOS差分射频放大器电路图。

图2本实用新型基于动态自偏置电路的差分射频放大器实施例1的电路图。

图3本实用新型基于动态自偏置电路的差分射频放大器实施例2的电路图。。

图4常规CMOS差分射频放大器电路共栅器件栅极电压随信号变化图。

图5本实用新型基于动态自偏置电路的差分射频放大器共栅器件栅极电压随信号变化图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

先请参阅图2，图2本实用新型基于动态自偏置电路的差分射频放大器实施例1的电路图，由图可见，本实用新型一种差分射频放大器，由第一N沟道的金属氧化物半导体管M1、第二N沟道的金属氧化物半导体管M2、第三N沟道的金属氧化物半导体管M3、第四N沟道的金属氧化物半导体管M4，第一隔直电容C1、第二隔直电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、输出变压器L1、偏置电阻R1和负载电阻R2组成，上述元部件的连接关系如下：

第一N沟道的金属氧化物半导体管M1和第二N沟道的金属氧化物半导体管M2的栅极为差分输入端，第一N沟道的金属氧化物半导体管M1和第二N沟道的金属氧化物半导体管M2的源极连在一起并接地；第三N沟道的金属氧化物半导体管M3和第四N沟道的金属氧化物半导体管M4为叠管，它们的源级与第一N沟道的金属氧化物半导体管M1和第二N沟道的金属氧化物半导体管M2的漏级分别连接，组成差分共源共栅结构；第三N沟道的金属氧化物半导体管M3和第四N沟道的金属氧化物半导体管M4的栅极连接在一起并和偏置电阻R1相连，该偏置电阻R1的另一端接偏置电压；所述的输出变压器L1的原边的两端分别与所述的第三N沟道的金属氧化物半导体管M3和第四N沟道的金属氧化物半导体管M4的漏级相连，所述的输出变压器L1的副边接所述的负载电阻R2，所述的第一隔直电容C1和第一二极管D1的正极相联，第一隔直电容C1的另一端和第三N沟道的金属氧化物半导体管M3的漏极相连，第一二极管D1的负极和第三N沟道的金属氧化物半导体管M3的栅极相连接；所述的第二隔直电容C2和第二二极管D2正极相联，第二隔直电容C2的另一端和第四N沟道的金属氧化物半导体管M4的漏极相连，第二二极管D2的负极和第四N沟道的金属氧化物半导体管M4的栅极相连接，所述的第一隔直电容C1、第二隔直电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2共同组成电荷泵电路。

图3本实用新型基于动态自偏置电路的差分射频放大器实施例2的电路图，由图可见，图2中的第一二极管D1和第二二极管D2分别由第五N沟道的金属氧化物半导体管M5、第六N沟道的金属氧化物半导体管M6替换构成本实用新型实施例2，连接关系是：所述的第五N沟道的金属氧化物半导体管M5的栅极和漏极接在一起并和第一隔直电容C1相连接，第一隔直电容C1的另一端和第三N沟道的金属氧化物半导体管M3的漏极相连；所述的第六N沟道的金属氧化物半导体管M6的栅极和漏极接在一起并和第二隔直电容C2相连接，第二隔直电容C2的另一端和第四N沟道的金属氧化物半导体管M4的漏极相连，第五N沟道的金属氧化物半导体管M5的源极、第六N沟道的金属氧化物半导体管M6的源极、所述的第三N沟道的金属氧化物半导体管M3的栅极和第四N沟道的金属氧化物半导体管M4的栅极连成节点，所述的第一隔直电容C1、第二隔直电容C2、第五N沟道的金属氧化物半导体管M5和第六N沟道的金属氧化物半导体管M6共同组成电荷泵电路。

在输出信号幅度大的时候，左右两边的电荷泵轮流导通工作，向共栅器件的栅极电容充电，提高栅极电压。当输出信号幅度减小的时候，栅极电容通过偏置电阻R1和二极管D1、D2反向漏电电流放电，栅极电压减小到静态偏置电压值。

常规CMOS差分射频放大器电路共栅器件栅极电压随信号变化和本实用新型动态自偏置电路的差分射频放大器的电路共栅器件栅极电压随信号变化如图4和图5所示。

Claims

1.一种差分射频放大器，其特征在于，由第一N沟道的金属氧化物半导体管（M1）、第二N沟道的金属氧化物半导体管（M2）、第三N沟道的金属氧化物半导体管（M3）、第四N沟道的金属氧化物半导体管（M4），第一隔直电容（C1）、第二隔直电容（C2）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、输出变压器（L1）、偏置电阻（R1）和负载电阻（R2）组成，上述元部件的连接关系如下：

第一N沟道的金属氧化物半导体管（M1）和第二N沟道的金属氧化物半导体管（M2）的栅极为差分输入端，第一N沟道的金属氧化物半导体管（M1）和第二N沟道的金属氧化物半导体管（M2）的源极连在一起并接地；第三N沟道的金属氧化物半导体管（M3）和第四N沟道的金属氧化物半导体管（M4）为叠管，它们的源级与第一N沟道的金属氧化物半导体管（M1）和第二N沟道的金属氧化物半导体管（M2）的漏级分别连接，组成差分共源共栅结构；第三N沟道的金属氧化物半导体管（M3）和第四N沟道的金属氧化物半导体管（M4）的栅极连接在一起，并和偏置电阻（R1）相连，该偏置电阻（R1）的另一端接偏置电压；所述的输出变压器（L1）的原边与所述的第三N沟道的金属氧化物半导体管（M3）和第四N沟道的金属氧化物半导体管（M4）的漏级相连，所述的输出变压器（L1）的副边接所述的负载电阻（R2），所述的第一隔直电容（C1）和第一二极管（D1）的正极相联，第一隔直电容（C1）的另一端和第三N沟道的金属氧化物半导体管（M3）的漏极相连，第一二极管（D1）的负极和第三N沟道的金属氧化物半导体管（M3）的栅极相连接；所述的第二隔直电容（C2）和第二二极管（D2）正极相联，第二隔直电容（C2）的另一端和第四N沟道的金属氧化物半导体管（M4）的漏极相连，第二二极管（D2）的负极和第四N沟道的金属氧化物半导体管（M4）的栅极相连接，所述的第一隔直电容（C1）、第二隔直电容（C2）、第一二极管（D1）和第二二极管（D2）共同组成电荷泵电路。

2.根据权利要求1所述的差分射频放大器，其特征在于，所述的第一二极管（D1）和第二二极管（D2）分别由第五N沟道的金属氧化物半导体管（M5）、第六N沟道的金属氧化物半导体管（M6）替换，所述的第五N沟道的金属氧化物半导体管（M5）的栅极和漏极接在一起并和第一隔直电容（C1）相连接，第一隔直电容（C1）的另一端和第三N沟道的金属氧化物半导体管（M3）的漏极相连；所述的第六N沟道的金属氧化物半导体管（M6）的栅极和漏极接在一起并和第二隔直电容（C2）相连接，第二隔直电容（C2）的另一端和第四N沟道的金属氧化物半导体管（M4）的漏极相连，第五N沟道的金属氧化物半导体管（M5）的源极、第六N沟道的金属氧化物半导体管（M6）的源极、所述的第三N沟道的金属氧化物半导体管（M3）的栅极和第四N沟道的金属氧化物半导体管（M4）的栅极连成节点，所述的第一隔直电容（C1）、第二隔直电容（C2）、第五N沟道的金属氧化物半导体管（M5）和第六N沟道的金属氧化物半导体管（M6）共同组成电荷泵电路。