CN211791445U - 一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，包括偏置电路、反馈电路和放大电路，所述偏置电路提供动态偏置电压，并与第一静态偏置电压Vg1为放大电路中的晶体管M2提供偏置电压；随着输入的射频信号功率增大，提供给晶体管M2的动态偏置电压越大，实现晶体管M2自适应线性补偿；所述反馈电路用于调节放大器的射频性能；其中，射频信号通过所述反馈电路传递到所述偏置电路，所述偏置电路将该射频信号转化为直流信号，该直流信号即偏置电路产生的动态偏置电压。本实用新型具有结构简单，尺寸小，具有自适应偏置功能，不需要人为改变放大器的偏置电压，在提高了功率放大器线性度的同时又兼顾了效率，也提高了单片集成度和实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及微电子、半导体及通信技术领域，具体地涉及一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路。
背景技术
射频功率放大器是移动通信系统的重要组成部分，作为发射通道最后的放大单元，其作用是将小功率的射频信号进行放大后经过天线发射出去。射频功率放大器的设计指标通常包括输出功率，效率，增益，带宽以及线性度等。射频功率放大器的非线性容易产生多余的频率分量，这严重的影响了移动通信系统的性能。
传统功率放大器可以采用互补式金属氧化物半导体(CMOS)、砷化镓异质结双极晶体管(GaAs HBT)、砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)等作为功率放大元件。其中采用CMOS器件实现的射频功率放大器虽然兼容性好、成本低，但存在线性度低、耐压值低的缺点；采用GaAs HBT器件实现的射频功率放大器虽然功率容量大，但存在自热效应；采用GaAs pHEMT器件实现的射频功率放大器，一般都是使用负载牵引找到最大输出功率点，来进行输出端匹配。然而，由于功率放大器经常工作在非最大输出功率状态，为了提高功率放大器的平均效率，就要求功率放大器在较宽的工作范围内均有高的效率。因此，设计考虑一般在效率和线性度之间进行折中，导致放大器的线性度达不到最优设计。
随着5G时代的到来，对于通信系统的性能指标提出了更高的要求。功率放大器作为通信系统中的一个重要组成部分，其线性度在系统中非常重要。砷化镓(GaAs) 材料制作的微波功率晶体管，具有效率高、噪声功率低、抗辐射能力强等优点，其中砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)更适合高频大功率应用。因此，研究一种能够提高GaAspHEMT工艺功率放大器芯片线性度的方法具有重大的应用价值和现实意义。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本实用新型提供所述的一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，结构简单，尺寸小，提高了单片集成度，达到功率放大器在效率和线性度两个方面的平衡，提高了功率放大器芯片的实用性等特点。
为了实现根据本实用新型的这些目的和其他优点，提供了一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，包括偏置电路、反馈电路和放大电路。
所述偏置电路提供动态偏置电压，并与第一静态偏置电压Vg1为放大电路中的晶体管 M2提供偏置电压；随着输入的射频信号功率增大，提供给晶体管M2的动态偏置电压越大，实现晶体管M2自适应线性补偿。
所述反馈电路用于调节放大器的射频性能。
其中，射频信号通过所述反馈电路传递到所述偏置电路，所述偏置电路将该射频信号转化为直流信号，该直流信号即偏置电路产生的动态偏置电压。
进一步地，所述偏置电路包括两个电阻R1和R2、晶体管M1、电容C1，所述电阻R1 和电容C1并联，且第一端接地，第二端连接晶体管M1的栅极，所述晶体管M1的源极和漏极进行短接并与电阻R2第一端连接；
进一步地，所述反馈电路包括两个电阻R3和R4、电容C2，所述电阻R3和R4的第一端均与电阻R2的第二端连接，所述电阻R3的第二端与电容C4的第一端、晶体管M2的栅极连接，所述电阻R4的第二端与电容C2的第一端连接；
进一步地，所述放大电路包括两个晶体管M2和M3，所述晶体管M2的源极接地，栅极与电容C4的第一端连接，漏极与晶体管M3的源极连接，所述晶体管M3的栅极与电容 C3的第一端连接，漏极与电容C2第二端、C5的第一端以及扼流电感L1的第一端连接，所述电容C3的第二端接地；
进一步地，所述第一静态偏置电压Vg1与电阻R2第二端、电阻R3的第一端以及电阻R4的第一端连接；
进一步地，还包括电源端，所述电源端与扼流电感L1的第二端连接；
进一步地，还包括第二静态偏置电压Vg2，所述第二静态偏置电压与电容C3的第一端、晶体管M3的栅极连接。
本实用新型的有益效果：本实用新型所述的自适应偏置电路结构简单，尺寸小，具有自适应偏置功能，不需要人为改变放大器的偏置电压，在提高了功率放大器线性度的同时又兼顾了效率，也提高了单片集成度和实用性。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型所述一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路的结构示意图。
图2为本实用新型与传统偏置电路的输出P1dB随频率变化的仿真结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
在其中一个实施例中，如图1所示，一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路1，包括偏置电路1、反馈电路2和放大电路3。
所述偏置电路1产生动态偏置电压，并与第一静态偏置电压Vg1为放大电路3中的晶体管M2提供偏置电压。
所述反馈电路2对偏置电路1产生的动态偏置电压和第一静态偏置电压Vg1进行优化以满足使用需求。
具体地，所述偏置电路1包括两个电阻R1和R2、晶体管M1、电容C1，所述电阻R1 和电容C1并联，且第一端接地，第二端连接晶体管M1的栅极，所述晶体管M1的源极和漏极进行短接并与电阻R2第一端连接。
具体地，所述反馈电路2包括两个电阻R3和R4、电容C2，所述电阻R3和R4的第一端均与电阻R2的第二端连接，所述电阻R3的第二端与电容C4的第一端、晶体管M2的栅极连接，所述电阻R4的第二端与电容C2的第一端连接。
具体地，所述放大电路3包括两个晶体管M2和M3，所述晶体管M2的源极接地，栅极与电容C4的第一端连接，漏极与晶体管M3的源极连接，所述晶体管M3的栅极与电容 C3的第一端连接，漏极与电容C2第二端、C5的第一端以及扼流电感L1的第一端连接，所述电容C3的第二端接地。
具体地，所述第一静态偏置电压Vg1与电阻R2第二端、电阻R3的第一端以及电阻R4的第一端连接。
具体地，还包括电源端，所述电源端与扼流电感L1的第二端连接。
具体地，还包括第二静态偏置电压Vg2，所述第二静态偏置电压与电容C3的第一端、晶体管M3的栅极连接。
在本实施例中，对本实用新型所述的一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路1进一步描述：
本实用新型通过一种自适应偏置电路1，为共源晶体管M2的栅极提供动态偏置电压。共源晶体管的栅极偏置电压主要由两部分叠加组成：一是静态偏置电压Vg1；二是自适应偏置产生的动态偏置电压。自适应偏置电路1中晶体管M1源漏短接，被当做二极管使用，由于二极管的整流特性，将一部分射频信号能量转化为直流信号，通过反馈电路2给晶体管M2的栅极叠加一个电压信号，随着输入的射频信号功率增大，输出的射频信号电压摆幅也增大，通过反馈电路2的反馈电压摆幅也随之增大。如果输入的射频信号功率越大，反馈电路2的反馈电压越大，自适应偏置电路1产生的动态电压也越大，则提供给共源晶体管M2栅极的叠加电压也越大，则实现晶体管M2自适应线性补偿，提高了功率放大器 1dB压缩点的输出功率。
本设计中会有一部分射频信号泄露，这部分信号将会从电容C1短路到地。线性化自适应偏置电路1跟随输入功率变化，同时提高了低输出功率时的效率和高输出功率时的线性度。与传统功率放大器相比，本实用新型所述的自适应偏置电路1结构简单，尺寸小，具有自适应偏置功能，不需要人为改变放大器的偏置电压，在提高了功率放大器线性度的同时又兼顾了效率，也提高了单片集成度和实用性。
如图2所示，将传统功率放大器的输出P1dB与本实用新型所述的配置线性化偏置电路1的功率放大器的输出P1dB的仿真结果进行对比，仿真结果来看本实用新型所述的配置线性化偏置电路1的功率放大器的线性度有明显改善。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，依据本实用新型实例，在具体实施方式以及应用范围上会有改变之处，实施例所述自适应偏置电路亦可改为二极管替代；所述自适应偏置电路中，晶体管M1的源极和漏极短接，亦可改为串联多只或并联多只的形式；凡只要是在实施例所述共源晶体管M2的栅极使用由二极管组成的自适应偏置电路，均视为本实用新型的应用延伸。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，包括偏置电路、反馈电路和放大电路，其特征在于，
所述偏置电路提供动态偏置电压，并与第一静态偏置电压Vg1为放大电路中的晶体管M2提供偏置电压；随着输入的射频信号功率增大，提供给晶体管M2的动态偏置电压越大，实现晶体管M2自适应线性补偿；
所述反馈电路用于调节放大器的射频性能；
其中，射频信号通过所述反馈电路传递到所述偏置电路，所述偏置电路将该射频信号转化为直流信号，该直流信号即偏置电路产生的动态偏置电压。
2.如权利要求1所述的一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，其特征在于，所述偏置电路包括两个电阻R1和R2、晶体管M1、电容C1，所述电阻R1和电容C1并联，且第一端接地，第二端连接晶体管M1的栅极，所述晶体管M1的源极和漏极进行短接并与电阻R2第一端连接。
3.如权利要求1所述的一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，其特征在于，所述反馈电路包括两个电阻R3和R4、电容C2，所述电阻R3和R4的第一端均与电阻R2的第二端连接，所述电阻R3的第二端与电容C4的第一端、晶体管M2的栅极连接，所述电阻R4的第二端与电容C2的第一端连接。
4.如权利要求1所述的一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，其特征在于，所述放大电路包括两个晶体管M2和M3，所述晶体管M2的源极接地，栅极与电容C4的第一端连接，漏极与晶体管M3的源极连接，所述晶体管M3的栅极与电容C3的第一端连接，漏极与电容C2第二端、C5的第一端以及扼流电感L1的第一端连接，所述电容C3的第二端接地。
5.如权利要求1所述的一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，其特征在于，所述第一静态偏置电压Vg1与电阻R2第二端、电阻R3的第一端以及电阻R4的第一端连接。
6.如权利要求1所述的一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，其特征在于，还包括电源端，所述电源端与扼流电感L1的第二端连接。
7.如权利要求1所述的一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路，其特征在于，还包括第二静态偏置电压Vg2，所述第二静态偏置电压与电容C3的第一端、晶体管M3的栅极连接。
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