一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器，包括有依次串联连接的高通T型匹配结构的输入匹配电路、cascode结构的输入级电路和共源放大器结构的输出级电路，其中，所述输入匹配电路的输入端连接外部射频输入信号，所述输出级电路的输出端连接负载，所述输入级电路的输入端和输出级电路的输入端分别各连接一个具有有源偏置结构的线性化栅极偏置电路。本发明专利技术的一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器，通过新的电路结构，采用标准的CMOS工艺实现，有集成度高、成本低、易于大规模生产等优点。同时还克服了常用线性化电路过于复杂的缺点，使用简单结构优化了功率放大器的输出线性度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种线性功率放大器。特别是涉及一种覆盖IEEE802.11通讯频段应用的CMOS工艺2400MHz线性功率放大器。
技术介绍
手机、无绳电话、射频标签(RFID)、无线局域网(WLAN)等无线通信市场的快速发展，不断推动射频前端收发器向高集成、低功耗、结构紧凑、价格低廉的方向发展。越来越多的单片射频收发通信系统采用价格低廉且相对成熟可靠的CMOS工艺设计实现，这就要求越来越多的通信系统子模块在保证高性能的同时务必采用CMOS工艺进行设计，从而实现高度集成、成本低廉、性能可靠的单片射频通信系统。功率放大器(简称功放，英文缩写PA)是无线发射器中必不可少的子模块，具有较高的输出功率，也是整个发射机中耗能最多的部件。长久以来，商业应用中，对于功率放大器的工作频率、带宽、负载、输出功率、输出效率、线性度和成本都有很高的要求，这些参数的互相折中，使得功率放大器的设计具有较高难度。现代通信技术为了提高频谱利用率，普遍采用同时调幅调相的技术，具有大容量、多载波、高带宽和较高的峰均比的特点，这些对射频功率放大器的线性度提出了非常高的要求。而通信的移动特性要求功放的功率效率尽可能地高。在大部分情况下，功率放大器工作在饱和区的状态下，晶体管本身会产生很大的非线性特性，而现有的提高线性度的方法通常集中在功率回退及系统级功放的设计，前者会降低放大器的输出功率从而大幅度降低放大器的功率效率，而后者通常需要较为复杂的结构，提高了设计和生产成本。因此总的来说目前基于CMOS工艺的线性化功率放大器面对的问题如下：1、使用功率回退方法会使得放大器的效率大幅度降低，从而消耗多余的能量；2、使用系统级线性化功率放大器设计方法对放大器线性度有较大改观，但设计复杂度较高，使用器件较多，多用于基站功率放大器设计，在移动端较难应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种不仅可以得到稳定电压，更加可以获得电容补偿，提高输出信号线性度的CMOS工艺2400MHz线性功率放大器。本专利技术所采用的技术方案是：一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器，包括有依次串联连接的高通T型匹配结构的输入匹配电路、cascode结构的输入级电路和共源放大器结构的输出级电路，其中，所述输入匹配电路的输入端连接外部射频输入信号，所述输出级电路的输出端连接负载，所述输入级电路的输入端和输出级电路的输入端分别各连接一个具有有源偏置结构的线性化栅极偏置电路。所述的输入匹配电路包括相串联的第一隔直电容和第四电感，其中，所述第一隔直电容的输入端连接接外部射频输入信号，所述第一隔直电容的输出端和第四电感的输入端共同通过第一到地电容接地，所述第四电感的输出端连接输入级电路的输入端。所述输入级电路的输入端和输出级电路的输入端分别连接的线性化栅极偏置电路结构相同，均包括有第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，其中，所述第一NMOS晶体管的源极接地，栅极与漏极相连并共同通过第一电阻连接直流供电电源，所述的栅极和漏极还通过第二电阻连接第二NMOS晶体管的栅极，所述第二NMOS晶体管的漏极通过第三电阻与栅极相连构成二极管结构，所述第二NMOS晶体管的源极连接输入级电路或输出级电路的输入端，提供栅极偏置电压。所述的输入级电路包括有第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管，其中，所述的第三NMOS晶体管的源级接地，栅极分别连接线性化栅极偏置电路中第二NMOS晶体管源极和输入匹配电路中第四电感的输出端，漏极连接第四NMOS晶体管的源极，所述第四NMOS晶体管的栅极分别通过第三到地电容接地以及通过第四电阻连接第四NMOS晶体管的漏极，所述的漏极还通过第一电感连接直流供电电源，以及构成输出端通过第二隔直电容连接输出级电路和输入端。所述的输出级电路包括第五NMOS晶体管的源极接地，栅极分别连接第二隔直电容的输出端以及线性化栅极偏置电路的输出端，漏极通过第二电感连接直流供电电源，所述的漏极还分别连接第二到地电容的一端和第三隔直电容的一端，所述第四到地电容的另一端接地，第三隔直电容的另一端通过第三电感接地以及构成输出端连接负载。本专利技术的一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器，通过新的电路结构，采用标准的CMOS工艺实现，有集成度高、成本低、易于大规模生产等优点。同时还克服了常用线性化电路过于复杂的缺点，使用简单结构优化了功率放大器的输出线性度。与现有CMOS工艺实现的功率放大器相比，本专利技术具有如下优点：1、通过在放大器的第一级和第二级的栅极偏置中加入等效为二极管的CMOS结构，补偿了输入电容值在不同输入功率下的变化趋势，使得整体电路结构简单并具有优异的线性化特性，相比较传统的无源偏置提高了线性度，而相较于其它线性化方式结构简单，节约了版图面积。2、通过在第一级电路中使用cascode结构，提高了第一级放大器的增益能力，从而使整体电路的增益水平增高。综上所述，本专利技术提出的功率放大器结构和实施方法具有良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术的一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器的构成框图；图2是本专利技术的一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器的电路原理图。图中1：输入匹配电路2：线性化栅极偏置电路3：输入级电路4：线性化栅极偏置电路5：输出级电路具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器做出详细说明。本专利技术的一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器，是一种两级的用于2400MHz频率下的线性化功率放大器，采用CMOS工艺进行设计。输出级电路采用共源级结构，漏极使用电感进行偏置，使用串联电容、并联电容、并联电感构成π型网络，在滤除直流分量的同时对输出阻抗进行了匹配；输入级电路采用cascode结构对晶体管进行连接，提高了电路的增益，共栅极管漏极采用电感进行无源偏置，并通过连接电阻到栅极形成负反馈并提供偏置电压，同时漏极的输出通过大电容耦合方式与下一极电路相连；输入级匹配电路采用高通T型匹配网络，通过减小低频增益提高了电路的稳定性，具体包括一个隔直电容、一个滤波电容和一个电感构成的匹配网络；线性化栅极偏置电路包括一个有源偏置结构及一个二极管连接方式的NMOS晶体管，有源偏置结构通过连接栅极和漏极保持晶体管的工作状态，通过电阻反馈减小外界变化及工艺条件波动对偏置电压的影响，二极管连接方式通过对NMOS晶体管反型层形成的抑制，使NMOS管的栅极与源极之间得到类似于二极管的输入输出特性，实现了对较大输入功率条件下主路上晶体管电容变化的补偿，提高了放大器的线性度。对于晶体管来说，Cgs(栅源电容)和gm(跨导)是造成非线性的主要两个因素。所以如果只考虑Cgs，并且忽略栅极的电阻，放大器的输入阻抗可以近似为A为放大器的电压增益，可以知道Vgs与Vin的关系Vgs与Vin成一定的关系，但是在大信号情况下中，Zin不是一个恒定的值，所以Vgs与Vin为非线性关系，这也是产生非线性的关键因素。二极管线性化电路能够有效地解决这个问题。我们采用工作在饱和区的CMOS晶体管形成二极管连接。这里线性化栅极偏置电路包括一个有源偏置结构及一个二极管连接方式的CMOS晶体管，有源偏置结构通过连接栅极和漏极保持晶体管的工作状态，通过电阻反馈减小外界变化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器，其特征在于，包括有依次串联连接的高通T型匹配结构的输入匹配电路(1)、cascode结构的输入级电路(3)和共源放大器结构的输出级电路(5)，其中，所述输入匹配电路(1)的输入端连接外部射频输入信号(RFin)，所述输出级电路(5)的输出端连接负载(RL)，所述输入级电路(3)的输入端和输出级电路(5)的输入端分别各连接一个具有有源偏置结构的线性化栅极偏置电路(2、4)。
【技术特征摘要】
1.一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器，其特征在于，包括有依次串联连接的高通T型匹配结构的输入匹配电路(1)、cascode结构的输入级电路(3)和共源放大器结构的输出级电路(5)，其中，所述输入匹配电路(1)的输入端连接外部射频输入信号(RFin)，所述输出级电路(5)的输出端连接负载(RL)，所述输入级电路(3)的输入端和输出级电路(5)的输入端分别各连接一个具有有源偏置结构的线性化栅极偏置电路(2、4)。2.根据权利要求1所述的一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器，其特征在于，所述的输入匹配电路(1)包括相串联的第一隔直电容(C1)和第四电感(L4)，其中，所述第一隔直电容(C1)的输入端连接接外部射频输入信号(RFin)，所述第一隔直电容(C1)的输出端和第四电感(L4)的输入端共同通过第一到地电容(C2)接地，所述第四电感(L4)的输出端连接输入级电路(3)的输入端。3.根据权利要求1所述的一种CMOS工艺2400MHz线性功率放大器，其特征在于，所述输入级电路(3)的输入端和输出级电路(5)的输入端分别连接的线性化栅极偏置电路(2、4)结构相同，均包括有第一NMOS晶体管(M3/M5)和第二NMOS晶体管(M4/M6)，其中，所述第一NMOS晶体管(M3/M5)的源极接地，栅极与漏极相连并共同通过第一电阻(R1/R4)连接直流供电电源，所述的栅极和漏极还通过第二电阻(R2/R5)连接第二NMOS晶体管(M4/M6)的栅极，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛陆虹，蔡昊成，谢生，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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